東工大、温和な条件下で従来よりも高効率なアンモニア合成触媒を開発
東京工業大学(東工大)は4月28日、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-)に置き換えたエレクトライド「BaAl2O4-xHy:e-z」をコバルト(Co)触媒の担体として用いると、既存のルテニウム(Ru)触媒よりもはるかに高いアンモニア(NH3)合成活性が実現することを発見したと発表した。
窒素肥料や窒素含有化成品の減量であり、化学産業の基幹物質でもあるNH3は現在、ハーバー・ボッシュ法により大量生産されているが、高温(400℃~500℃)・高圧(10MPa~30MPa)を必要とするためエネルギー消費が多く、二酸化炭素(CO2)も大量に排出されてしまう。そのため、CO2を排出しない方法で生成した水素を利用しながらNH3を合成する「グリーンアンモニア合成」の実現が強く求められている。
低温・低圧の温和な条件下でのNH3合成で、最も高い活性を示す触媒として知られているのがRuだ。さらに近年になって、H-を有する触媒材料が、Ruなどの遷移金属触媒上でのNH3合成を大幅に促進できることもわかってきた。
しかしRuは貴金属であるため、実用面で課題が残る。さらにこれまでのH-を有する材料の大半は、大気に暴露すると、酸化が非可逆的に進むため、触媒活性が大幅に低下する点が課題だった。そのため、非貴金属のCoなどを触媒に利用し、NH3合成を大幅に促進できる安定な材料が求められていた。そこで研究チームは今回、充填トリジマイト型構造を有するBaAl2O4に着目し、同物質の一部の酸素をH-で置き換えたという。
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