アニオン空孔を制御したメソポーラス酸窒素水素化物の合成とアンモニア合成

阴离子空位可控介孔酸性氮氢化物的合成及氨合成

• 批准号: 21F21032
• 负责人: 北野 政明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21032/
• 关键词: メソポーラス; 酸窒素水素化物; アンモニア合成; 触媒

昨年度見いだしたBa-Si系酸窒素水素化物材料のより詳細な構造解析を進めた。Ba-Si系酸窒素水素化物材料をAr等の不活性ガス中で加熱すると、格子窒素や水素が脱離し、材料中に多量のアニオン欠陥が形成される。骨格中のBaやSiは価数変化しないため、アニオン欠陥サイトに電子が局在し、それに伴うESRシグナルが観察された。加熱温度上昇に伴い、ESRシグナルは強くなり電子濃度が高くなっていることが確認できた。また600℃程度でほぼ全量の格子窒素や水素が脱離するが、結晶構造は崩れず格子体積が小さくなる。この欠陥を導入した試料を用いてアンモニア合成を行うと、欠陥導入前よりも触媒活性が向上し、さらに反応後は欠陥サイトに窒素および水素が再生され、こう体積もほぼ元の大きさに戻ることがわかった。本材料は、Ruを担持すると著しく高いアンモニア合成活性を示すが、Fe, Co, Ni等の非貴金属を担持しても酸化物担持触媒よりも遙かに高い性能を示した。本材料にN2を吸着させ、FT-IR測定を行ったところ、Ba-Si系酸窒素水素化物材料の欠陥サイトにN2が補足され、欠陥中に生じた電子により窒素が直接活性化される様子が観察された。また、本材料合成で得た知見を生かし、優れた促進効果を持つBa-Si窒化物材料の合成にも成功した。本材料も、Ru等を担持すると非常に高いアンモニア合成活性を示した。また、アンモニア分解反応に対しても高性能であることが示された。

我们对去年发现的BA-SI羟基氢化物材料进行了更详细的结构分析。当Ba-Si羟基氢化物材料在AR等惰性气体中加热时，晶格氮和氢被解吸，并在材料中形成大量阴离子缺陷。由于骨骼中的BA和SI不会改变价，因此电子定位于阴离子缺陷位点，并且观察到伴随的ESR信号。随着加热温度的升高，ESR信号更强，电子浓度会增加。此外，几乎所有的晶格氮气和氢解索在约600°C处，但晶体结构不会变化，晶格体积变小。当使用引入该缺陷的样品进行氨合成时，与引入缺陷之前相比，催化活性得到了改善，在反应后，在缺陷部位将氮和氢再生在缺陷地点再生，从而导致体积返回到原始大小。当支持RU时，该材料表现出明显更高的氨合成活性，但是即使支持Fe，Co和Ni等非缺失金属，它也表现出比氧化物支持的催化剂的性能要高得多。当对该材料上吸附N2并进行FT-IR测量值时，观察到N2被补充到BA-SI羟基硝基氢化物材料的缺陷位点，并且氮是由缺陷过程中产生的电子直接激活的。此外，通过利用从合成该材料中获得的知识，我们成功地合成了具有出色启动子效应的BA-SI氮化物材料。当RU等支持时，该材料还表现出极高的氨合成活性。还显示出对氨分解反应具有高性能。

项目成果

北野研究室HP

北野研究所HP