Development of an innovative next-generation nitrogen-fixing reaction using visible light as renewable energy source

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19041
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nishibayashi Yoshiaki 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40282579)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: アンモニア / 可視光 / 窒素分子 / モリブデン / イリジウム / ジヒドロアクリジン

Outline of Final Research Achievements

We recently succeeded in developing a highly efficient method for the catalytic synthesis of ammonia from nitrogen gas under very mild reaction conditions such as room temperature and pressure, using water as a proton source (Nature, 2019). In this reaction, ammonia is synthesized using the chemical energy possessed by samarium diiodide, which is used as a reducing agent. In order to make this reaction system practical, it is necessary to achieve an ammonia synthesis reaction that uses externally derived energy and converts this external energy into the material energy, ammonia. In this research project, we have successfully developed the catalytic ammonia synthesis from nitrogen gas using visible light as externally derived energy.

Free Research Field

有機金属化学、錯体化学、有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究代表者らが別途に開発に成功してきた光誘起電子移動反応を鍵とする有機分子の変換反応を開発する過程で得た知見を適用することで、これまでに達成されなかった可視光由来のエネルギーを利用した窒素ガスからの触媒的アンモニア合成反応の開発に成功した。これは窒素錯体の合成と反応性に関する錯体化学を基盤とした無機化学分野と有機合成を基盤とした有機化学分野でのマリアージュにより生み出されるこれまで試みられることが無かった新しい展開である。達成した本研究成果は、工業的なアンモニア合成法であるハーバー・ボッシュ法に代わる次世代型窒素固定法の開発に繋がる次のブレークスルーであると確信している。