アンモニア合成を促進する新しい水素化物を開発東工大

東京工業大学は2023年4月28日、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用し、CO₂を排出しない方法で生成した水素を利用しながらアンモニアを合成する「グリーンアンモニア合成」の実現に向け、コバルト触媒と組み合わせることで、貴金属触媒なしに低温下でも高効率でアンモニアを合成できる新材料を開発したと発表した。

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）に着目。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化し、BaAl₂O₄-xHy:e^‒zとなることを発見した。さらにこの新材料をコバルト触媒の担体として用いて、アンモニア合成したところ、従来のルテニウム触媒よりはるかに高い効率でアンモニアを生成することを確認した。

BaAl₂O₄-xHy:e^‒z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。そのため、大気中で不安定だという従来の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^‒の効果によって、コバルト触媒表面での窒素解離と水素化を大幅に促進し、コバルト触媒として世界最高レベルの性能を実現した。

研究グループは、触媒の作動原理などをより詳細に解明することで、さらなる性能の向上や新たな触媒材料の開発が期待できるとしている。

研究成果は4月27日付米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」オンライン速報版で公開された。

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