| 研究領域 | ハイドロジェノミクス：高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05051
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
北野 政明 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 准教授 (50470117)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ヒドリド化合物 / アンモニア合成 / 水素化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、アルカリ土類ニクトゲン化合物や希土類酸水素化物などのヒドリド化合物を触媒担体として用い、Ru 等の金属ナノ粒子触媒上での水素化反応をH-オンの反応性により促進させることをねらう。またこの時、担体のヒドリドイオン導電性と触媒活性との相関関係を明らかにし、高性能な触媒材料の設計指針を得ることを主な目的としている。
本年度は、希土類酸水素化物であるLaHOやCeHOにRuを固定化した触媒が、高いアンモニア合成活性を示すことが知られているRu担持La2O3やRu担持CeO2よりも100℃程度低温でアンモニア合成活性を示すことを明らかにした。LaHOは、La2O3とLaH3との固相合成により得られるが、その原料比を変えることで、材料中に含まれるH-イオン濃度を制御できる。ヒドリドイオン伝導性と触媒活性との間に直接的な相関関係は見いだせなかったが、Ru-担体界面付近に存在するH-イオンの移動度が触媒活性に大きく影響することが明らかとなった。
また、新規酸窒素水素化物であるBaCeO3-xNyHzの合成に成功した。本物質はペロブスカイト構造を有するBaCeO3と同じ結晶構造を有するが、O2-サイトの一部がN3-およびH-で置換されており、これらにRuを担持して触媒活性を比較するとRu/BaCeO3-xNyHzの方が遙かに高いアンモニア合成活性を示した。Ru/BaCeO3触媒上では、Ru表面でのみ反応が進行するLangmuir-Hinshelwood機構であるが、Ru/BaCeO3-xNyHzでは、格子の窒素および水素種が関与するMars-van Krevelen機構で反応が進行することを明らかにした。さらに、12CaO7Al2O3上にPtを単原子上に分散させた触媒が、ニトロベンゼンの水素化反応に著しく高い性能を示すことも見いだした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
酸水素化物を利用した低温でのアンモニア合成触媒の開発に成功しており、材料に含まれるH-イオンの移動度と触媒活性との相関関係を明らかにすることができた。現在その内容は論文投稿中であるため。それ以外にも、アンモニア合成触媒として機能する新規酸窒素水素化物材料の開発や、ニトロベンゼンなどの水素化に高効率で働くPt単原子触媒の開発などに成功しているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は、酸水素化物としてLaHOおよびCeHOを見いだした。今後はこの研究をさらに発展させるべく、新たな酸水素化物材料の開発に注力する。すでにBaCe2O4構造を持つ新起算水素化物の合成にも成功しており、その触媒性能の解明を行う。
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