イオン液体に金属錯体を担持した革新的アンモニア合成システムの開拓

使用离子液体负载的金属配合物开发创新的氨合成系统

基本信息

批准号：
15J09325
负责人：
片山精
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya 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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アンモニアは我々の生活に欠かせない化合物であり、肥料や衣服の原料として利用される。このアンモニアは、工業的にはハーバー・ボッシュ法によって、高温高圧条件下で、化石燃料に由来する水素ガスと窒素ガスを反応させることにより生産しており、環境負荷が大きい。一方で、自然界に存在するニトロゲナーゼは、常温常圧で窒素からアンモニアへの変換反応を達成している。このニトロゲナーゼのように、窒素分子を変換することの出来る金属錯体, trans-[Mo(depe)2(N2)2] (depe= Et2PCH2CH2Et2)を使用し、電気化学的アンモニア合成反応の評価を行った。当該年度も引き続き、前年度試作した電気分解セルの改良を行った。作用電極には、イオン液体,1-butyl-1-methylpyrrolidinium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate,に金属錯体を溶解させ、カーボンペーパーに塗布したものを用いている。前年度、金属錯体としてチタノセンジクロリドを使用した場合、アンモニア生成に対する電流効率1.2%であった。当該年度、金属錯体としてtrans-[Mo(depe)2(N2)2]を使用したとき、電流効率は0.013%に低下していることが明らかとなった。Mo錯体当たりのアンモニア収率は77%であった。水の電気分解の延長線上で、窒素分子からアンモニアへと変換できたことに意義がある。イオン液体中でのtrans-[Mo(depe)2(N2)2]の構造や電気化学的挙動を理解するため、定電位電解により一電子酸化させた状態でのラマン測定、FT-IR測定を行った。一電子酸化させた場合、THF/イオン液体の混合溶媒では、窒素分子で架橋した二核構造を形成しているのに対し、イオン液体のみを溶媒として使用したとき、単核構造を安定化していることを明らかにした。

氨是我们日常生活中必需的化合物，被用作肥料和衣服的原材料。这种氨是通过哈伯-博世法在高温高压条件下使来自化石燃料的氢气与氮气反应来工业生产的，对环境影响很大。另一方面，自然界中存在的固氮酶在室温和压力下完成从氮到氨的转化反应。我们使用反式[Mo(depe)2(N2)2] (depe= Et2PCH2CH2Et2) 评估了电化学氨合成反应，反式-[Mo(depe)2(N2)2] 是一种可以像固氮酶一样转化氮分子的金属络合物。在本财年中，我们继续改进上一年原型的电解槽。工作电极是通过将金属配合物溶解在离子液体1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓三(五氟乙基)三氟磷酸盐中，并将其涂覆在碳纸上制成的。去年，当使用二氯化二茂钛作为金属配合物时，氨生产的电流效率为1.2%。今年发现，当使用反式-[Mo(depe)2(N2)2]作为金属络合物时，电流效率降低至0.013%。每个Mo络合物的氨产率为77%。重要的是，作为水电解的延伸，氮分子可以转化为氨。为了了解反式-[Mo(depe)2(N2)2]在离子液体中的结构和电化学行为，我们使用恒电位电解进行了单电子氧化下的拉曼和FT-IR测量。在单电子氧化的情况下，THF/离子液体的混合溶剂形成与氮分子交联的双核结构，而当仅使用离子液体作为溶剂时，单核结构稳定。有。