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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Research on nitrogen dissociation mechanism and atom dynamics for Lithium alloys

Research Project

Project/Area Number 20H02465
Research InstitutionHiroshima 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, 特定教授 (80544882)

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)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords構造・機能材料 / 化学物理 / 物性実験 / 電子顕微鏡 / 理論計算
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。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

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

  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Catalysis of Sodium Alloys for Ammonia Synthesis around Atmospheric Pressure2022

    • Author(s)
      Koki Tsunematsu, Keita Shinzato, Hiroyuki Gi, Kentaro Tagawa, Masakuni Yamaguchi, Hitoshi Saima, Hiroki Miyaoka, Takayuki Ichikawa
    • Journal Title

      ACS Appl Energy Mater

      Volume: 12 Pages: 52

    • DOI

      10.1021/acsaem.2c02910

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Systematic Study on Nitrogen Dissociation and Ammonia Synthesis by Lithium and Group 14 Element Alloys2022

    • Author(s)
      Keita Shinzato, Kentaro Tagawa, Koki Tsunematsu, Hiroyuki Gi, Pankaj Kumar Singh, Takayuki Ichikawa, Hiroki Miyaoka
    • Journal Title

      ACS Appl Energy Mater

      Volume: 5 Pages: 4765

    • DOI

      10.1021/acsaem.2c00213

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アンモニア合成サイクルにおけるLi17SixSn4-x合金の窒化特性評価2023

    • Author(s)
      齊藤玲,礒部繁人,橋本直幸,岡弘,新里恵多,田川賢太朗,宮岡裕樹,市川貴之
    • Organizer
      2022年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬季講演大会
  • [Presentation] アルカリ元素を用いた窒素解離とアンモニア合成2022

    • Author(s)
      宮岡裕樹,恒松紘喜,新里恵多,魏弘之,斉間等,市川貴之
    • Organizer
      水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会 第8回研究会
  • [Presentation] リチウム化合物を用いたケミカルルーピングプロセスによるアンモニア合成2022

    • Author(s)
      宮岡裕樹,新里恵多,魏弘之,斉間等,市川貴之
    • Organizer
      第42回水素エネルギー協会大会
  • [Presentation] Na-14 族合金及びNaH を用いた小型分散型低圧NH3 合成に関する研究2022

    • Author(s)
      恒松紘喜,新里恵多,魏弘之,宮岡裕樹,斉間等,市川貴之
    • Organizer
      日本エネルギー学会西部支部 第6回学生・若手研究発表会
  • [Presentation] Ammonia Synthesis via Chemical Looping of Li-compounds2022

    • Author(s)
      Hiroki Miyaoka, Keita Shinzato, Hiroyuki Gi, Hitoshi Saima, Takayuki Ichikawa
    • Organizer
      17th International symposium on metal-hydrogen systems
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リチウム化合物の窒素解離能とアンモニア合成特性2022

    • Author(s)
      宮岡裕樹,新里恵多,田川賢太朗,魏弘之,市川貴之
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] Li17SixSn4-x合金を用いたアンモニア合成特性評価2022

    • Author(s)
      齊藤玲,礒部繁人,橋本直幸,岡弘,新里恵多,田川賢太朗,宮岡裕樹,市川貴之
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [Presentation] Catalytic Properties of NaSi and other Na Alloys for Continuous Ammonia Synthesis in Flow Type Reactor2022

    • Author(s)
      Koki Tsunematsu, Keita Shinzato, Hiroyuki Gi, Hiroki Miyaoka, Takayuki Ichikawa
    • Organizer
      International Symposium on Fuel and Energy 2022
  • [Book] アンモニアの合成・製造と燃焼技術2023

    • Author(s)
      宮岡裕樹,市川貴之
    • Total Pages
      -
    • Publisher
      技術情報協会
  • [Book] 脱炭素に向けて加速するアンモニアの社会実装2023

    • Author(s)
      宮岡裕樹
    • Total Pages
      -
    • Publisher
      月間ファインケミカル

URL: 

Published: 2023-12-25  

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