研究トピックス

2023.04.28　アンモニア合成を促進する新しい水素化物を開発

　

東京工業大学 物質理工学院 材料系のJiang Yihao（ジャン・イーハオ）大学院生（博士後期課程2年）、元素戦略MDX研究センターの北野政明教授と細野秀雄栄誉教授らの研究グループは、充填トリジマイト型構造を持つアルミン酸バリウム「BaAl₂O₄」内の酸素の一部をヒドリドイオン（H^-)に置き換えるとエレクトライドの「BaAl₂O_4-xH_y:e^‒_z」となり、さらにこの新材料をコバルト触媒の担体として用いると、既存のルテニウム触媒よりはるかに高いアンモニア合成活性が実現することを発見した。

水素社会の構築に向けて、再生可能エネルギー由来の水素をアンモニアに変換する「グリーンアンモニア合成」に注目が集まり、そのための触媒開発が世界中で行われるようになった。なかでも環境負荷を低く抑えられる低温でのアンモニア合成については、H^‒を有する触媒材料が有効に働くことが報告されているが、そうした材料のほとんどには「大気に暴露すると活性が大幅に低下する」という課題があった。

コバルト触媒の活性を高めるこの新材料「BaAl₂O_4-xH_y:e^‒_z」では、三次元的に連結したAlO₄四面体がカゴ状の骨格をつくり、結晶構造の内部の空間にH^‒や電子が安定した形で取り込まれて保護されるため、大気中での安定性が向上する。そのため従来のH^‒を含む材料の弱点を克服することができた。また、空間に取り込まれた電子による強力な電子供与性と格子中に取り込まれたH^‒の効果により、コバルト触媒表面での窒素解離と水素化を大幅に促進できる。その結果、コバルト触媒として世界最高レベルの性能を実現した。

研究成果は4月27日付（現地時間）に米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」オンライン速報版に公開された。

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