低温で高効率にアンモニアを合成できる触媒を開発

現行の工業用触媒に比べて3倍以上

科学技術創成研究院の細野秀雄教授(元素戦略研究センター長)と原亨和教授、元素戦略研究センターの北野政明准教授らは、バリウムを少量加えたカルシウムアミド(Ba-Ca(NH2)2)にルテニウムのナノ粒子を固定化した触媒が、300 ℃以下という低温で、従来のルテニウム触媒の100倍高い効率でアンモニアを合成できることを発見しました。この触媒は、工業的に用いられている鉄触媒と比較しても数倍高い触媒性能を示しました。

アンモニアは窒素肥料原料として世界中で膨大な量が生産されており、一方で水素エネルギーキャリアとしても期待が高まっています。そのため、近年では従来のような大型のプロセスではなく、小型のプロセスによるオンサイトでのアンモニア合成が求められています。この研究成果は、アンモニア合成プロセスの小型化・省エネルギー化技術を大幅に促進する結果であると言えます。

この触媒は、反応中に約3ナノメートル(nm)程度のルテニウムのナノ粒子の上に薄いバリウム層が形成され、同時にアミド欠損生成による仕事関数の小さな電子と多孔質なカルシウムアミドが形成されることで、高い触媒活性を示します。これら活性構造が自己組織的に形成され、反応中安定に保たれるユニークな触媒であることを発見しました。

この研究成果はドイツ科学誌「Angewandte Chemie(アンゲヴァンテ・ケミー)International Edition」オンライン速報版に2018年1月22日付で公開されました。

詳しくはicon_site東工大ニュースをご覧ください。

フロンティア材料研究所
元素戦略研究センター