プレスリリース

国立研究開発法人物質・材料研究機構、北海道大学、および広島大学からなる研究チームは、紫外線 (UV) を吸収する無色の二核鉄イオン (不安定) を多孔質シリカ (二酸化ケイ素) で安定化させた酸化鉄系材料を開発しました。本研究成果は、今後性能を高めることで、安全性に懸念が残る酸化チタン (化粧品や日焼け止めクリームのUV防止材) の代替品として期待できます。

酸化チタンは白色顔料やUV防止材 (主に反射させ無害化する散乱材) 、光触媒などとして、化粧品や日用品、食品、医薬品、建材等の分野で幅広く利用されていますが、2020年にEUによって発がん分類区分2に指定されたのを皮切りに、フランスでは食品利用が禁止されるなど、その利用と製造が制限されつつあります。国内では使用は制限されていませんが、現在の酸化チタンへの依存度とその市場規模を鑑みると、酸化チタン代替材料の開発は重要な社会課題と言えます。

水 (やOH基) を配位した二核鉄イオンは、赤色顔料等として食品にも利用されている酸化鉄とは異なり、UVを吸収することで酸化チタン以上の光触媒作用を示しますが、合成も難しく、また不安定であることが知られています。二核鉄イオンは酵素やタンパク質中には遍在するため、その安定化には古くから興味が持たれていましたが、生成物の安全性や安定性には課題が残っていました。今回、研究チームは、同イオンをその多核化・酸化鉄への結晶化が制限される微細構造の多孔質シリカ粉末 (白色) 内部に埋め込むことで、安定化させることに成功しました。こうして得られた白色のUV吸収材は、有害な光触媒作用が低減され、この粉末を用いた日焼け止めクリームは、現行の酸化チタンに匹敵する性能と安定性を示しました。

今回、酸化チタンよりも安全な物質で白色のUV防止材 (吸収し無害化する吸収材) を合成できる指針が得られ、今後、化粧品や日焼け止めクリームへの応用が期待できます。また、安定化に用いる多孔質シリカの微細構造によっては、鉄二核イオンの高い光触媒作用を維持させることも可能なため、空気清浄機等の光触媒への応用を目指していきます。

本研究は、NIMS国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 (WPI-MANA) メソスケール物質化学グループの 井出 裕介 主幹研究員と、北海道大学 触媒科学研究所の峯真也博士研究員、鳥屋尾隆助教、清水研一教授、広島大学 大学院先進理工系科学研究科の津野地直助教らからなる研究チームにより、日本学術振興会　科学研究費助成事業 (21H02034) の支援を受けて実施されています。

本研究成果は、学術誌Materials Today Nanoオンライン版にて2022年5月26日に公開されました。