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本年度は、前年度見出したLaNなどの希土類窒化物担体上にCoナノ粒子を担持することで、優れたアンモニア合成触媒となることを見出した。希土類窒化物の中でもCeNが最も促進効果が高く、既存のCo触媒と比較しても低温で極めて高い触媒活性を示した。同位体を使った実験やDFT計算により、CeNの窒素空港サイトとCo表面の両方で窒素分子が活性化されアンモニアが生成していることが示唆された。
また、アンモニア分解反応においても、CaNHを担体としNiナノ粒子を担持した触媒が極めて高いアンモニア分解活性を示すことを明らかにした。Ni/CaNH触媒は、一般的な酸化物にNiを担持した触媒であるNi/Al2O3やNi/CaOに比べて約100℃低温でアンモニア分解反応を進行させることがわかった。また、触媒中に含まれるNi重量当たりの水素生成速度を算出したところ、世界最高レベルの触媒活性を持つことが明らかとなった。
同位体を用いた実験やDFT計算などにより、CaNH表面に生じるNH2-欠陥に局在する２個の電子がアンモニア分子を活性化することを明らかにした。実際に、アニオン空孔を形成したCaNHこ、アンモニアガスを50℃で導入すると、アニオン空孔の再生とともに水素を放出する。すなわち、アニオン空孔の電子がアンモニア分子と反応し、活性化していることが明らかとなった。この時、中間体としてNH2種が表面に形成されることがFTIRによって確認できている。一方、CaNH上に担持されたNiナノ粒子は、NH2-欠陥サイトの形成を促進している。以上のように、Ni/CaNH触媒上では、Ni-CaNH活性触媒界面の格子NHサイトが関与するMars-van Krevelen型機構でアンモニア分解反応が促進されていることが示された。
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