Understanding of the formation of active N2 reduction sites by oxide migration during high-temperature reduction

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02522
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Nagaoka Katsutoshi 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90381029)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 勝俊 名古屋大学, 工学研究科, 特任准教授 (30586607) ; 松村 晶 久留米工業高等専門学校, その他部局等, 校長 (60150520)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水素 / アンモニア / ナノフラクション / 高温還元 / アルカリ土類金属 / 希土類 / ルテニウム / 固体触媒

Outline of Final Research Achievements

The ammonia synthesis rate of Ru/Ba/La0.5Ce0.5O1.75 is one of the highest among oxide-supported Ru catalysts reported so far. It has been found that the active site is a strongly electron-donating Ru site covered by the oxide nano-fractionations of the support and formed during high-temperature reduction.
In this study, we investigated formation mechanism of the active sites. We have revealed that Ba(CO3)2 is hydrogenated to Ba(OH)2 during the reduction. Then, this compound melts and migrates to the surface of Ru nanoparticles at hier temperature. Furthermore, it is transformed to BaO and solidified at higher temperatures, resulting in a core - shell structure.

Free Research Field

触媒科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではカーボンフリー燃料として期待されているアンモニアを高効率で合成できる　Ru/Ba/La0.5Ce0.5O1.75触媒の活性点生成メカニズムを明らかにすることができた。この触媒は、調製が容易で、取り扱いが容易という特徴を持ち、将来の工業化が期待されているため、この成果は学術上非常に意義があると言える。さらに本研究の成果は燃料アンモニアの利用を拡大するものであり、世界中で利用され、新たな産業創成につながる可能性もあるため、社会的な意義も非常に大きいと言える。