2019 Fiscal Year Annual Research Report
Electrochemical synthesis of ammonia on room temperature allow for use of natual energy
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17K07029
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
遠藤 宣隆 山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40314819)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
比嘉 充 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30241251)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電解還元 / アンモニア合成 / ガス拡散電極 / 窒素還元 / 硝酸処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
市販の白金担持ガス拡散電極をアノードに、市販の白金・ルテニウム担持ガス拡散電極および白金・ルテニウム担持炭素粉末を用いて作成したガス拡散電極をカソードとして使用し、硝酸イオンおよび窒素ガスを窒素源として、アンモニアの電解合成を行った。
硝酸イオン電解において硝酸イオンは最大57％の電流効率で処理されたが、アンモニア生成の効率は約3～5％と低い効率を示した。この時、pH増加とともに硝酸電解およびアンモニア生成とも向上しており、電極近傍の水素イオン濃度が増加すると水素生成が優先となり、反応が抑制されたと考えられる。
窒素ガス電解では両極に、常温にて加湿した水素および窒素ガスを流通して電解を行い、流通後のガスを水トラップに通過させて生成したアンモニアを捕集し、定量を行った。その結果、印加した電圧に対して電流は急速に増加したため、ガス拡散電極を用いた燃料電池用に類似の膜電極複合体（MEA)では電極間に過大な水素イオンの輸送が生じるため、高電位では水素生成が支配的になり、かつ十分な電位を窒素極側に印加できないため、アンモニアが十分に生成しない結果となったと考えられる。膜のイオン伝導性を制限するため、両極の加湿を行わない検討も行ったが、後者の対策が不十分なためか、アンモニアの生成量は増加しなかった。
本実験の系は水素反応が有利な構成であり、アンモニア合成を優位にするには、本実験でルテニウムに期待した窒素を活性化する反応サイトの密度向上と、水素化を進行する活性な吸着水素サイトの密度を、窒素の反応サイト比で、より詳細に制御する必要があることが示された。
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