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本研究はアルカリ土類金属水素化物と遷移金属で構成される触媒を基盤とし、80%以上のNH3収率を5 MPa未満の圧力で達成する不均一系触媒の創出を目的としている。最終年度では、開発した触媒を加圧下(1～5 MPa)で性能評価することによって、目標達成の成否を判断し、より高性能な触媒の開発指針を得ることを計画した。
Ru、Co、NiといったNH3合成できる遷移金属はH原子を優先的に吸着し、その吸着量は200 ℃以下で著しく増加する。この吸着H原子はN2の解離吸着を妨げるため、200 ℃以下のRu、Co、Ni等の遷移金属では加圧によってNH3合成が大きく妨げられる。その一方、Feは水素被毒の影響を受けにくい遷移金属である。従って、Feを反応場とした低温作動NH3合成触媒を構築できれば、水素被毒の影響を受けることなくNH3を製造できる。また、豊富・安価で地域偏在性のないFeは経済的なアドバンテージを有する。このような観点から、30～50 nmの比較的大きな金属Fe粒子に電子供与体BaO-BaH2を固定化した材料（BaO-BaH2/Fe）を構築し、そのNH3合成活性を評価した。その結果、BaO-BaH2/Feは100 ℃以下でNH3を合成できる初の鉄系不均一系触媒であり、これまで不可能であった80%を越えるNH3収率を達成できることが明らかになった。一方、BaO-BaH2 担体に数nmのFeナノ粒子を固定化した担持型触媒 (Fe/BaO-BaH2)は200 ℃以下でNH3を全く合成できなかった。なお、このような担持型触媒はRuを遷移金属を反応場とする場合に有効な触媒構造である。更に当該外触媒の FeのNH3生成反応効率(TOF)はRu等の貴金属、Co、Ni等のレアメタルの数百倍を越えることが確認された。
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