機能性アニオンサイトを有する革新的固体触媒による低温アンモニア合成

使用具有功能性阴离子位点的创新固体催化剂进行低温氨合成

• 批准号: 22H00272
• 负责人: 北野 政明
• 金额: $ 27.04万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00272/
• 关键词: 格子アニオン; アンモニア合成; ヒドリドイオン; 水素化

本研究ではN3-, H-, e-などのアニオンを骨格に有する新材料を合成し、それらアニオン種が活性点として機能するユニークな作動機構により、温和な条件下でのアンモニア合成を実現することを主な目的としている。本年度は、以前我々が見いだしたアンモニア合成触媒であるNi/LaNと同様の触媒活性を示し大気安定性を有する材料を探索する中で、逆ペロブスカイト構造を有するLa3AlNをNiの担体として用いると大気中安定かつ高性能に作動するアンモニア合成触媒となることを見いだした。Ni/La3AlNを触媒として用いると、反応中に触媒の組成はLa3Al0.8N3.5となり、窒素の濃度が大幅に増大する。TEM測定からAlが均一に分布していること、またEXAFS測定からLa局所構造のLaNとの類似性が示されていることから、触媒がアンモニア合成の反応中に窒素を取り込み、La3AlNの逆ベロブスカイト構造からAlドープLaN（La-Al-N）に変化したと考えられる。本触媒は、Alの導入により水蒸気に暴露した後でも触媒活性が低下せず、安定して触媒として作動する。さらに、Ni/LaN触媒と同様に格子窒素欠陥サイトが活性点として働くことも明らかとなった。さらに、安定な窒化物材料を探索する中で、PdおよびMoの酸化物前駆体をアンモニア雰囲気下で焼成処理することで、六方晶構造を有するPdMo金属間化合物が合成できることを見いだし、これが室温でCO2とH2からメタノールを合成できる触媒となることを見いだした。このPdMo金属間化合物には微量のNやOが残存しており、特に窒素が存在するときのみ金属間化合物を形成できることも明らかにした。

这项研究主要旨在将新材料与骨骼中的N3-，h-和e-等阴离子合成，并通过在轻度条件下通过独特的驱动机制实现氨合成，其中这些阴离子物种充当活性位点。在今年，我们搜索了与我们先前发现的氨合成催化剂相似的材料，并发现具有倒置的钙钛矿结构的La3aln可以是一种氨合成催化剂，可在大气中起作用，具有高性能和稳定的空气。当使用Ni/La3ALN用作催化剂时，催化剂组成在反应过程中变为LA3AL0.8N3.5，导致氮浓度显着增加。由于TEM测量显示AL的均匀分布，EXAFS测量显示与局部LA结构中的LAN相似，因此据信，催化剂在氨合成的反应过程中已承担氮，并且已从LA3ALN的倒置Verobskite结构变为Al-Doped LAN（LA-AL-N）（LA-AL-N）。由于引入Al，催化剂的催化活性即使暴露于水蒸气后也不会降低，并且稳定地作为催化剂。此外，已经揭示了晶状体氮缺陷位点充当活性位点，类似于Ni/LAN催化剂。此外，在寻找稳定的氮化物材料时，发现可以通过在氨气氛围下凝固PD和MO的氧化物前体的PDMO金属间化合物可以合成六角形结构，并且可以在室温下在CO2和H2合成甲醇的催化剂。还揭示了该PDMO金属间化合物中保留的痕量N和O，并且可以形成金属间化合物，尤其是在存在氮时才形成。

项目成果

エレクトライド系触媒による低温アンモニア合成

使用电子催化剂的低温氨合成

• 发表时间: 2022
• 作者: 畑岡 尭也;金井 貴蓉;山野-足立 範子;大政 健史;北野政明
• 通讯作者: 北野政明

CaNH担持遷移金属触媒によるアンモニア分解

使用 CaNH 负载过渡金属催化剂进行氨分解

• 发表时间: 2023
• 作者: 中村祐也;小笠原気八;宮崎雅義，細野秀雄;北野政明
• 通讯作者: 北野政明

Quasi-Two-Dimensional Intermetallic Electride CeRuSi for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution

• DOI: 10.1021/acscatal.2c06382
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: ACS Catalysis
• 影响因子: 12.9
• 作者: Weizheng Cai;Chuan Zhou-;Xinmeng Hu;Tiwen Jiao;Yijia Liu;Lei Li;Jiang-Bin Li;M. Kitano;Hideo Hosono;Jiazhen Wu

貴金属フリーの耐水性アンモニア合成触媒

无贵金属耐水氨合成催化剂

Fe担持窒素ドープチタン酸バリウムによるアンモニア合成

Fe负载氮掺杂钛酸钡合成氨

• 发表时间: 2022
• 作者: 池嶋圭祐;小笠原気八;宮崎雅義;細野秀雄;北野政明
• 通讯作者: 北野政明