2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the relationship between hydride ion conductivity and reaction mechanism in catalysis
Publicly Offered Research
| Project Area | HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions |
|---|
| Project/Area Number |
19H05051
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
北野 政明 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 准教授 (50470117)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | ヒドリドイオン / アンモニア合成 / 金属―担体界面 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アルカリ土類ニクトゲン化合物や希土類酸水素化物などのヒドリド化合物を触媒担体として用い、Ru 等の金属ナノ粒子触媒上での水素化反応をH-イオンの反応性により促進させることをねらう。またこの時、担体のヒドリドイオン導電性と触媒活性との相関関係を明らかにし、高性能な触媒材料の設計指針を得ることを主な目的としている。
本年度は、希土類酸水素化物であるLaHOやCeHOにRuを固定化した触媒が、高いアンモニア合成活性を示すことが知られているRu担持La2O3やRu担持CeO2よりも100℃程度低温でアンモニア合成活性を示すことを明らかにした。LaHOのバルクのヒドリドイオン伝導性と触媒活性との間に直接的な相関関係はなく、Ru-担体界面付近に存在するH-イオンの移動度が触媒活性に大きく影響し、またLaH3のような金属水素化物と比べLaHOの方が窒化に対する耐性が強く安定した触媒活性を実現できることを明らかにした。
また、この研究から派生して希土類窒化物をNi触媒の担体として用いると、希土類窒化物上の窒素空孔サイトで窒素分子をNi上で水素分子をそれぞれ活性化することで優れたアンモニア合成触媒となることを見出した。
また、電子供与性のほとんどないCaCN2をRu触媒の担体とすると、反応中にCN2-欠陥が生じそこに電子やH-イオンが入ることで優れたアンモニア合成および分解活性が発言する子をも明らかにした。またRu/CaCN2触媒は大気中で取り扱っても極めて安定であり、触媒活性も大気中に出した後も低下しない触媒材料であることを明らかにした。
|
| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
|
