2019 Fiscal Year Research-status Report
有機-無機ハイブリット材料からなる新規な貴金属フリーアンモニア合成触媒の開発
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19K05146
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
吉田 曉弘 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (30514434)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アンモニア合成 / 有機ー無機ハイブリット触媒 / 金属水素化物 / 共役系高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アンモニアは地球人口を支える極めて重要な物質であり、今後は水素・エネルギー貯蔵媒体としての活用も期待される。しかし、現行法では高温高圧下で合成を行うため、エネルギー消費が大きい、簡便な設備での合成が困難という問題がある。申請者らの開発した水素化リチウムと共役系高分子材料の複合体は、温和な条件で窒素を活性化できる活性なリチウム種を生成するため、新たなアンモニア合成触媒として期待される。本申請課題は、申請者らの開発した水素化リチウムと共役系高分子材料の複合体からなる触媒を用いて温和な条件で窒素と水素を反応させ、化学肥料等の原料として膨大な需要があるアンモニアを合成を試みる。先導的な取り組みと初年度の取り組みにより、当該の複合材料が窒素と水素から実際にアンモニアを生成することを明らかとした。しかしながら、触媒活性は実際の物質生産に対しての使用に必要とされる性能からは大幅に不十分であった。そこで、各種添加元素を使用した活性向上を試みたところ、Tiの添加により活性が数十倍向上することが明らかとした。反応ガスの分圧や流量を変更した実験や速度論的解析の結果から、Tiの添加により窒素の活性化が促進されるのではなく、水素による被毒が低下するため、活性が向上しているものと推測された。また、多量のTi添加による活性が逆に低下し、Tiの添加量に最適値が存在することも明らかとした。これは、Tiの添加量が多くなると、触媒反応サイクル中の水素化リチウム量が著しく減少するためである。本年度以降は、さらに活性を向上させ得る添加物の探索を行うとともに、Tiの添加により触媒上のどの素反応の速度が向上したのかについて、速度論的手法と分光学的測定を通して検討を行い、更なる活性向上への方策を探る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、水素化リチウムと共役系高分子材料の複合体からなる触媒による窒素と水素からのアンモニア合成活性を増大させることを目的としている。今年度の取り組みにより、Tiの添加により活性増大が実現できること、並びに、その活性増大の機構についてのおおよその推測を行うことができた。今後の更なる活性増大の糸口となる知見を今年度に得ることができており、研究は順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度以降は、さらに活性を向上させ得る添加物の探索を行うとともに、Tiの添加により触媒上のどの素反応の速度が向上したのかについて、速度論的手法と分光学的測定を通して検討を行い、更なる活性向上への方策を探る。
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| Causes of Carryover |
研究予算については初年度から約60万円を次年度に繰り越す。これについては、当所初年度にアンモニアの分析システム(イオンクロマト)の導入に経費の大半を使用する予定であったが、より安価で同程度の機能を有する物品(アンモニア選択電極)を入手できたためである。一方で、次年度の申請額については10万円減額し、前年度繰り越し分と合わせて当初予想よりも50万円多く支出する予定である。これは、アンモニア選択電極の耐用が1年くらいと想定されるためこれの更新や今後試みる新たな添加元素に関する試薬の購入等、次年度の消耗品支出が当初予想よりも増加することが予想されたためである。次年度減額分の１０万円は、第三年次においても増加が予想される消耗品支出に充当する予定である。
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Research Products
(2 results)
