Low temperature ammonia synthesis by heterogeneous catalysts enhancing electron-donating power

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H05251
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section D
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Hara Michikazu 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70272713)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Chandra Debraj 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (20802309)
• Project Period (FY): 2018-06-11 – 2023-03-31
• Keywords: 不均一系触媒 / アンモニア / ハーバー・ボッシュ法 / 鉄 / レアメタル / 電子供与体

Outline of Final Research Achievements

BaO-BaH2 mixture loaded with Ru nanoparticles (Ru/BaO-BaH2) exhibited high catalytic performance for ammonia synthesis; the catalytic activity is comparable to that of a catalyst that has the highest catalytic activity for the reaction. In addition, it was found that Ru nanoparticles-deposited CaFH solid solution (Ru/CaFH) acts as a catalyst to synthesize ammonia even at 50 degrees Celsius. This catalyst exhibited much higher catalytic performance for ammonia synthesis than Ru/BaO-BaH2. Furthermore, metallic iron particles loaded with BaO-BaH2 (BaO-BaH2/Fe) was found to act as the first iron based catalyst that can synthesize ammonia below 100 degrees Celsius.

Free Research Field

触媒

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Fe触媒はNH3大量製造を初めて可能にしたが、近年Ru、Co、Niといった貴金属やレアメタルの触媒研究が進むにつれて、それは性能の低い時代遅れの触媒と考えられるようになってきた。このような背景の下、低温で作動する強い電子供与体を適切にFeと複合させれば、Fe触媒は上記遷移金属触媒の数百倍以上のNH3合成活性を発現することを本研究は明らかにした。更に、地域偏在性のない豊富で安価なFeを原料とする当該触媒は100年以上30%台であったハーバー・ボッシュ法のNH3収率を大幅に押し上げる道を開いた。これは少ないエネルギーで安価なNH3が製造できることを意味する。