研究

東工大ニュース

高活性なアンモニア合成触媒を実現-アンモニア合成の新技術として期待-

2012.10.22

【要点】

  • 触媒性能が従来の10倍
  • 反応の活性化エネルギーがこれまでの半分
  • 電子を与える高い能力と水素の収納力を兼ね備えたユニークな材料

 

【概要】

 窒素と水素の反応によって合成されるアンモニアは、人類が最も多く生産する化学薬品であり、その生産量は年間1.7億トンを越える勢いになっており、さらに増え続けています。アンモニアは肥料原料として社会を支えてきただけではなく、近年では燃料電池等のエネルギー源として期待が高まっています。約100年前に確立された触媒によるアンモニア製造技術は高温・高圧のプロセスが必要であり、多エネルギー消費型のプロセスです。アンモニア生産時の消費エネルギーを可能な限り低減することは、食糧とエネルギーに大きく貢献することが期待されていました。
 このような背景の中、東京工業大学応用セラミックス研究所の細野秀雄教授、原亨和教授のグループは、セメントの構成成分の一つである12CaO·7Al2O3(以下C12A7)の構造の中に電子を取り込んだエレクトライド(用語1)にルテニウムのナノ粒子を固定することで高性能なアンモニア合成触媒(用語2)を実現しました。この触媒ではC12A7 エレクトライド表面に固定化したルテニウムナノ粒子表面上で、窒素と水素によるアンモニア生成が進みます。そして従来の触媒と比較すると、この材料に固定化したルテニウムナノ粒子は10倍の触媒性能を発揮し、さらにアンモニア合成の活性化エネルギー(用語3)はおよそ半分になることが見出されました。これはアンモニア合成に必要なエネルギーを大幅に低減できることを意味します。この触媒の高い性能は金属カリウム並の低い仕事関数(用語4)をもち、かつ安定なことに加え、水素収容能をもつC12A7 エレクトライドのユニークな物性に由来します。
 本研究は 内閣府 最先端研究開発支援プロジェクト(FIRST)で実施され、10月22日にオンライン電子版で、「Nature Chemistry」に掲載されます。

詳細はこちら⇒ プレスリリースPDFファイル

fig_nt.jpg