Research on nitrogen dissociation mechanism and atom dynamics for Lithium alloys

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02465
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Miyaoka Hiroki 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 Final Research Achievements

In this work, nitrogen dissociation properties and mechanism, ammonia synthesis properties of lithium and sodium alloys are investigated by experimental and theoretical methods for establishment of “active nitrogen” generation and utilization techniques. It is clarified that the nitrogen dissociation properties of Li and Na alloys are related to chemical state of Li and thermodynamic stability of the alloys, respectively. By synthesizing ternary alloys and varying its composition, the properties such as nitrogen dissociation can be controlled. For the ammonia synthesis of LiH, it is found that the kinetics can be improved by mixing with chemically stable materials. In addition, the ammonia synthesis process via formation of Na and N solid solution is found as a novel chemical looping process.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により，Li及びNa合金は，貴金属触媒を必要とせず，大気圧条下でNH3合成が可能であることがわかった。また，これらの窒素解離能と相関性を示す物性を解明し，その制御方法についても検討した。以上の成果は，アルカリ金属を用いたNH3合成プロセスの設計指針となる。LiHを用いたNH3合成については，本研究にて反応速度制御メカニズムが明らかになっており，実用的な研究への展開が期待される。さらに，これまでにないNa窒素固溶体を介したNH3合成手法が見出されており，本系における新たな展開として学術的に興味深いだけでなく，資源的に優位なNaを利用する点で実用面での発展も期待できる。