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Development of nitrogen reduction and ammonia oxidation for nitrogen cycling system

Research Project

Project/Area Number 17K06871
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Material processing/Microstructural control engineering
Research InstitutionTokyo National College of Technology

Principal Investigator

Shiroishi Hidenobu  東京工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (30413751)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords窒素還元 / アンモニア燃料電池 / 低温常圧 / 中温 / 窒素循環型システム / アンモニア酸化触媒 / 低温 / 電解 / 金担持酸化チタン / 三相界面 / 常圧 / アンモニア合成 / アンモニア酸化 / ペロブスカイト型酸化物 / 触媒・化学プロセス / 燃料電池 / 再生可能エネルギー / 省エネルギー
Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to develop electrochemical nitrogen reduction and ammonia oxidation catalysts in the intermediate and low temperature range (25 to 300℃). Screening of the catalysts by semi-empirical molecular orbital calculations led to the conclusion that Fe/N/C compounds are promising candidates for nitrogen reduction, and a catalyst with a structure close to that of a model catalyst was actually prepared, which was found to be capable of reducing nitrogen. We also demonstrated the nitrogen reduction ability of amorphous metal nanoparticle-supported TiO2 catalysts. Electrochemical nitrogen reduction using Au/TiO2 catalysts in the intermediate temperature range showed that the energy conversion efficiency was high around 175℃. Pt shell-Cubic Ir nanoparticle core supported on carbon catalysts reduced the overvoltage in ammonia oxidation at 25℃.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では,自然エネルギーを用いて空気中に豊富に存在する窒素低温常圧でアンモニアに変換し,貯蔵したり輸送することを可能にする触媒の研究を行い,Fe/N/C化合物が有望な候補になりうることを示した。また,アンモニアから電気を取り出して,窒素分子に戻す触媒の研究を行い,Ptシェル被覆立方体形Irナノ粒子担持カーボン触媒が有望であることを見いだした.

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (11 results)

  • [Presentation] 中温域プロトン伝導ガラス電解質の複合化による耐久性向上およびアンモニア電解合成への応用2020

    • Author(s)
      志田 敦、城石 英伸、齋藤 守弘、田中 優実
    • Organizer
      電気化学会第87回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 貴金属担持TiO2-xNxナノ粒子触媒を用いた低温常圧下における電気化学的窒素還元(2)2020

    • Author(s)
      今野 龍刀、城石 英伸、白石 美佳、蒲生西谷 美香
    • Organizer
      電気化学会第87回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 貴金属担持 TiO2-xNxナノ粒子触媒を用いた低温常圧下における電気化学的窒素還元(1)2019

    • Author(s)
      今野 龍刀、城石 英伸、白石 美佳、蒲生西谷 美香
    • Organizer
      2019年度電気化学会秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Au/N-dope TiO2ナノ粒子触媒を用いた低温常圧下における電気化学的窒素還元2019

    • Author(s)
      今野 龍刀, 前 文四郎, 城石 英伸, 白石美佳, 蒲生西谷 美香
    • Organizer
      電気化学会第86回大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] プロトン伝導性リン酸塩ガラスを用いた中温域におけるアンモニア電解合成2019

    • Author(s)
      志田 敦, 城石 英伸, 齋藤 守弘, 田中優実
    • Organizer
      電気化学会第86回大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Au/TiO2およびAuOx/TiO2ナノ粒子触媒を用いた低温常圧下における電気化学的窒素還元2018

    • Author(s)
      前 文四郎,城石 英伸,宮澤 薫一,菅野 康仁,田中 優
    • Organizer
      平成30年度 日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー学会合同研究発表会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 低温常圧電解に向けた窒素還元触媒のスクリーニング2018

    • Author(s)
      岩浪 滉毅,城石 英伸
    • Organizer
      電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 半経験的分子軌道計算による電気化学的窒素還元触媒のスクリーニング2018

    • Author(s)
      岩浪 滉毅、前 文四郎、城石 英伸
    • Organizer
      電気化学会第85回大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] W/Ruナノ粒子担持カーボン触媒の調製2018

    • Author(s)
      前 文四郎、田中 駿乃介、小笠原 気八、城石 英伸、堀口 元規、刀川 祐亮、齋藤 守弘、平岡 紘次、遠藤 可菜枝、関 志朗
    • Organizer
      電気化学会第85回大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Pt/C上でのアンモニア酸化時に生成する窒素被毒種の脱離過程の解析2018

    • Author(s)
      原田 祐弥、城石 英伸、高橋 圭太朗、関 志朗、山田 晋矢、齋藤 守弘
    • Organizer
      電気化学会第85回大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 常温常圧下における電気化学的窒素還元触媒の探索(1)2017

    • Author(s)
      田中駿乃介,城石英伸,平出有吾,小野遼真
    • Organizer
      平成29年度日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー協会合同研究発表会(発表番号111)
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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