2022 Fiscal Year Annual Research Report
Research on nitrogen dissociation mechanism and atom dynamics for Lithium alloys
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20H02465
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
宮岡 裕樹 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 特定教授 (80544882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
圓谷 貴夫 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (00619869)
礒部 繁人 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10564370)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 構造・機能材料 / 化学物理 / 物性実験 / 電子顕微鏡 / 理論計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，Li合金及びNa合金を用いた「活性窒素」生成/利用技術について，特に，窒素分子解離能とその発現メカニズム，アンモニア合成特性を実験的及び理論的アプローチにより理解することを目的とした。
Li或いはNaと14族元素の二元及び三元合金の単相試料を合成した。これら試料について，X線回折測定及び核磁気共鳴分光を用いた物性評価を行った。窒素解離及びアンモニア合成特性の評価については，熱重量分析，質量数分析，赤外吸収分光装置等を用いて行った。
Li-14族合金の窒素解離能向上，制御を目的とし，三元系Li合金：Li17SixSn4-x合金(x = 0-4.0)の合成，及びその窒化特性を系統的に評価した。結果として，Si比率0.5-1.5の組成において窒化特性が向上する傾向が見出された。第一原理計算を用いて種々のSi/Sn比における生成エンタルピーを計算し，凸包線(Convex hull)から安定な混合比を求める計算を実施した。また，Li拡散を促進することが期待される物質を添加することで窒化反応特性を制御することを検討した。
Na-14族元素合金を作製し，アンモニア合成特性と物性の関連性を系統的に調査した。ここで，Li合金及び水素化物では，物質中のLiの化学状態と窒素解離温度の間に相関性が見出されている。一方で，Na合金の場合は，Naの化学状態ではなく合金相の熱力学的安定性，すなわち不安定なNa合金ほど低温で窒素解離反応が進行することが分かった。一方で，アンモニア合成に対する触媒能については，Liと同様に化学状態と相関性が見られた。
NaHを用いた窒素解離及びアンモニア合成特性の調査を行った結果，LiHとは異なるNa窒素固溶体を介したケミカルルーピングによりアンモニアが合成可能であることが見出された。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
宮岡裕樹，アンモニア合成技術の開発と常温・常圧化，水素化リチウムを利用した常圧でのアンモニア合成法，-アルカリ元素の機能性を利用した常圧アンモニア合成，技術情報協会セミナー-， 2023年1月18日
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