低温・常圧でアンモニア合成を行う、安定でかつ高活性な不均一系触媒の開発

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19008
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小川 敬也 京都大学, エネルギー科学研究科, 特定助教 (90748550)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: アンモニア合成

研究成果の概要

DFT計算に基づいて、常温・常圧においてNH3合成を行う[ArylN3N]Moの3本のAryl部分を電子供与性の固体に結合させて、安定化・反応性向上するか理論的に検証した。Amido部分がプロトン化された状態とのエネルギー差を調べたところ、Aryl部分が短い炭素鎖の場合、安定化することがわかった。カリウムをおいたモデルでは、炭素鎖を伝ってAmidoの窒素原子にも電子供与されてプロトン化されやすくなり、炭素鎖の自由度が十分でない範囲で、不安定化することがわかった。MD計算も行ったところ、PCETを起こすプロトン源・電子源のみが炭素鎖の立体障害をすり抜けて反応しやすいことがわかった。

自由記述の分野

物理化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

アンモニアは人工肥料合成に必要不可欠であり、この合成プロセスは人類の総消費エネルギーの1.4 %にも達する莫大なエネルギー消費プロセスである。アンモニア合成ができる、常温常圧で安定でかつ高活性な不均一触媒の開発は、ハーバー・ボッシュ法の100年の歴史を塗り替える新手法として、プロセスを大幅に簡略可能で、かつエネルギー消費が抑制でき、密度の薄い再生可能エネルギーでもアンモニア合成できる可能性がある。そしてアンモニアはポータブル燃料として有望であるため、アンモニアを基軸とした再生可能エネルギーによるエネルギーシステムを構築できる可能性を拓ける。