2016 Fiscal Year Annual Research Report
Research on active nitrogen generation by lithium alloys
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15K18234
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
宮岡 裕樹 広島大学, 先進機能物質研究センター, 准教授 (80544882)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 窒化物 / 窒素解離 / リチウム合金 / 電子顕微鏡 / 活性窒素 / 窒化物合成 / 擬触媒プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，リチウム(Li)と14族元素(M = C, Si, Ge, Sn)の化合物を用いて，三重結合を有し動力学的に非常に安定な気体分子であるN2を解離，再結合する反応：3LixM+(x/2)N2⇔xLi3N+3Mに注目し，その反応メカニズムを明らかにすることで，『活性窒素』生成及び利用技術として新たな学術領域を創出するための基礎を確立することを目的とした。
Li合金の窒素解離能を評価するため，メカノケミカル法及び熱化学法を用いてLiC12，Li22Si5，Li22Ge5，Li22Sn5を作製した。これらの合金を窒素雰囲気下で熱処理した結果，いずれの場合も500 ℃以下で窒素との反応が見られ，LiとMの組成が変化することが分かった。特に，幾つかの合金では，室温付近でも窒化反応が進行することを示唆する結果が得られたことから，LixM合金が窒素解離能を有することが示された。北海道大学との共同研究として，反応生成物の透過電子顕微鏡を用いた観察を行った。その結果，合金粒子表面にナノサイズの粒子状或いはファイバー状のLi3Nが生成していることが示唆された。また，Li3NとMの混合物を作製し，これらの熱分析を行った結果，500 ℃程度で合金化が進行しながら窒素が放出されることが分かった。以上の結果から，Li合金を用いることで500 ℃以下の温度で窒素解離及び再結合が制御できる可能性が示された。
現在論文等で報告されている種々の機能性窒化物について，その合成条件を調査し，データベースとしてまとめた。これを基に，上記のLi合金を用いた反応を利用したアンモニア(NH3)合成を試みた。その結果，窒化したLi合金と水素を反応させることで，既存技術より低圧の5気圧，300 ℃以下の条件でアンモニアが生成可能であることが分かった。
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