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

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05146
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 吉田 曉弘 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (30514434)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

申請者らが開発中の水素化リチウムと共役系高分子材料の複合体は、温和な条件でアンモニアを合成する触媒になることが期待されている。初年度の取り組みにより、水素化リチウムとポリ(p-フェニレン)からなる複合体が窒素と水素からのアンモニア合成活性を示すことを明らかとし、さらに二年度目の検討により、この複合体にTiやCoといった遷移金属を添加することで活性が10～100倍に向上することを明らかとした。三年度目は、TiやCo導入時のこれら元素の存在状態の解析を試みたが、触媒材料が極めて活性で空気や水と瞬時に反応するため、電顕観察等により所望の知見を得ることはできなかった。代わりに、更なる触媒の高活性化を目的として、1000 m2/g程度の極めて高い表面積を有する共役系高分子polyphenylene conjugated microporous polymer (PP-CMP)を合成し、これに水素化リチウムと遷移金属を導入した触媒を調製し、アンモニア合成試験を行った。しかし、期待されたほど触媒活性は向上しなかった。LiH/PP-CMPの複合体について、アンモニア合成時の素反応に相当する水素の吸蔵放出過程を繰り返し行ったところ、LiH/ポリ(p-フェニレン)よりも迅速な劣化が見られた。これは、PP-CMPが高い表面積を有することと引き換えに、ポリマー構造上の活性な末端部位を多く含むため、これとLi種が反応して失活するためと推測された。末端構造を綿密に不活性化した高表面積の共役系高分子材料を得ることができれば、LiHと共役系高分子の緊密な接触、気固界面面積の増大、遷移金属粒子径の減少を通して、更なる高活性触媒が得られるものと期待される。