2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research on reaction mechanism of active nitrogen generation by lithium alloys
| Project/Area Number |
17H03417
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
宮岡 裕樹 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 准教授 (80544882)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
礒部 繁人 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10564370)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 窒化物 / 窒素解離 / リチウム合金 / 電子顕微鏡 / 活性窒素 / 窒化物合成 / 擬触媒プロセス / アンモニア |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，窒素(N2)を可逆的に解離/再結合可能なリチウム(Li)合金を用いた活性窒素の生成及びその利用技術に関する新たな学術領域を創出するための基礎を確立することである。
Liと14族元素(Si，Ge，Sn，Pb)の合金を作製し，その構造と窒化特性を評価した。この際，各合金は，二元相図上で最もLi組成の高いものを選択した。X線回折測定から，作製した全ての合金は類似の結晶構造を有することが分かった。窒素との反応温度を評価したところ，Si，Ge，Sn，Pbと周期表の順に低温から窒化反応が進行することが明らかになった。核磁気共鳴(NMR)を用いたLiの化学状態分析を行った結果，合金中のLiが金属的であるほど窒素との反応性が高いことが示唆された。
Li-14族元素合金について，窒素-水素-Arと段階的に反応ガスを変えながら，NH3合成特性を評価した。窒化温度，NH3合成量，初期合金の再生率は，合金によって異なっていたが，Li-14族元素合金の中ではLi-Sn合金が最も優れた特性を示した。そこで，Li-Sn合金について，NH3合成を3サイクル実施したところ，2サイクル目では，1サイクル目より窒化量及びNH3合成量が減少したものの，3サイクル目ではほとんど特性が変化しなかったことから，本プロセスが高い耐久性を有することが示唆された。
Li-Sn合金及びLi-Pb合金のバルク試料を作製し，表面を窒化させた後，FIB(focused ion beam)で加工を行い，試料断面の走査電子顕微鏡を用いた観察及び元素分布の分析を行った。窒素との反応後，合金表面に生成物層が形成され，この生成物層にはSnやPbが存在しないことが分かった。これは，窒素との反応により合金内部のLiが外方拡散し窒化物を形成するというこれまでの研究で得られた仮説を裏付ける重要な結果である。
|
| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Remarks |
本研究で得られた成果について，2020年3月17日にプレスリリースを行った。「リチウムの機能性を利用した新規常圧アンモニア合成法を開発-貴金属触媒を必要としない擬触媒プロセス-」広島大学HP：https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/56881
|
