次世代アンモニア合成用ルテニウム触媒上の吸着窒素、吸着水素のFTIRによる研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455436
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 秋鹿 研一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (20016736)
• キーワード: アンモニア合成 / 窒素活性化 / 吸着窒素のFTIR / 吸着水素のFTIR / ルテニウム触媒 / 金属クラスター / 担体効果 / 促進剤効果

研究概要

Ruは鉄と異なって生成NH_3により被毒されず、代わりに水素被毒を受けるためH_2圧の低い条件下で活性が高いためこのような使われ方をしている。第二世代触媒として使用されようとしているRuが鉄の助けを借りずに工業条件下でも高活性を保つ爲には、水素被毒の少ないRu触媒を合成しなければならない。
触媒の種類や構造によって吸着水素の強さが異なるであろうし、前駆体分子状吸着窒素の活性化の状態も異なるであろう。FTIRを用いてこれらの点をあきらかにすることにより、第二世代Ru触媒の設計の原理を作り上げることを目的とした。
1)各種Ru触媒の合成
Ruの出発原料としてRu_3(CO)_<12>等の各種クラスターを用い、酸、塩基性のやRedox性の異なる各種酸化物を担体として用いることにより、又Cs塩等のアルカリ促進剤の有無により、3核Ru,6核Ru(窒素原子を中心に有するものもある)、数nm径のRuクラスター等Ruの粒子径の異なるもの等を合成した。
2)Ru触媒の構造等の同定
主としてEXAFS,更にはXPS,XRD,TEM等を用いて触媒の構造を同定した。
3)FTIRによる吸着窒素、水素の挙動研究
Ru/MgOではon-topおよびbridgeの2種類の吸着水素原子が認められたが、Ru/CeO2では主にon-topの吸着種のみが認められた。前者が窒素活性化を阻害するのに対し、後者ではその効果が少なかった。
4) アンモニア合成活性の測定
Ru/CeO2F873Kで水素処理すると著しく活性が向上することが分かり、SMSI効果のためと推定した。

研究成果

• [文献書誌] Y.NIWA and Ken-ichi AIKA: "Ruthenium Catalyst Supported on CeO_2 for Ammonia Synthesis" Chem.Lett.3-4 (1996)
• [文献書誌] K.AIKA and Kenzo OSHIHARA: "Nitrous Oxide Reduction with Ammonia over Co-MgO Catalyst and the Influence of Excess Oxygen" Catalysis Today. 29. 123-126 (1996)
• [文献書誌] KADOWAKI and Ken-ichi AIKA: "Promoter Effect of Sm_2O_3 on Ru/Al_2O_3 in Ammonia synthesis" J.Catal.,. 161. 178-185 (1996)
• [文献書誌] Y.NIWA and Ken-ichi AIKA: "The Effect of Lanthanide Oxides as a Support for Ruthenium Catalysts in Ammonia Synthesis" J.Catal.162. 138-142 (1996)
• [文献書誌] Hiroshi KURAKATA,Yasuo IZUMI and Ken-ichi AIKA: "Ethanol Synthesis from Carbon Dioxide on TiO_2-supported[Rh_<10>Se]Catalyst" J.Chem.Soc.,Chem.Commun.389-390 (1996)
• [文献書誌] Y.Izumi,Y.Iwata,and K.Aika: "Catalysis on Ruthenium clusters Supported on CeO_2 or Ni-doped CeO_2:Adsorption Behavior of H_2 and Ammonia Synthesis" J.Phys.Chem.,. 100. 9421-9428 (1996)
• [文献書誌] Ken-ichi AIKA and T.Karasuda: "Study on the Active Site Structure of MgO Catalysts for Oxidative Coupling of Methane;Catalysts in Petroleum Refining & Petrochemical Industries 1995" M.Absi-Halabi et al.(eds.)Elsevier Science B.V., 598 (1996)
• [文献書誌] 秋鹿研一: "地球環境浄化に関連する触媒プロセス;地球環境問題に挑戦する(黒田、宝田共編、化学工学会)" 培風館, 146 (1996)