東京工業大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

※プレスリリース資料に記載した論文タイトルに誤りがあったため、発表原稿を差し替えました（令和５年４月２８日）。

令和５年４月２７日

東京工業大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

アンモニア合成を促進する新しい水素化物を開発

～大気に対する安定性と高い触媒活性の両立を実現～

ポイント

東京工業大学 物質理工学院 材料系のＪｉａｎｇ Ｙｉｈａｏ（ジャン イーハオ） 大学院生（博士後期課程２年）、元素戦略ＭＤＸ研究センターの北野 政明 教授と細野 秀雄 栄誉教授らの研究グループは、充填トリジマイト型構造を持つアルミン酸バリウム「ＢａＡｌ２Ｏ４」内の酸素の一部をヒドリドイオン（Ｈ−）に置き換えるとエレクトライドの
「ＢａＡｌ２Ｏ４－ｘＨｙ：ｅ‒ｚ」となり、さらにこの新材料をコバルト触媒の担体として用いると、既存のルテニウム触媒よりはるかに高いアンモニア合成活性が実現することを発見した。

水素社会の構築に向けて、再生可能エネルギー由来の水素をアンモニアに変換する「グリーンアンモニア合成」に注目が集まり、そのための触媒開発が世界中で行われるようになった。なかでも環境負荷を低く抑えられる低温でのアンモニア合成については、Ｈ− を有する触媒材料が有効に働くことが報告されているが、そうした材料のほとんどには「大気に暴露すると活性が大幅に低下する」という課題があった。

コバルト触媒の活性を高めるこの新材料「ＢａＡｌ２Ｏ４－ｘＨｙ：ｅ‒ｚ」では、３次元的に連結したＡｌＯ４四面体がカゴ状の骨格をつくり、結晶構造の内部の空間にＨ−や電子が安定した形で取り込まれて保護されるため、大気中での安定性が向上する。そのため従来のＨ−を含む材料の弱点を克服することができた。また、空間に取り込まれた電子による強力な電子供与性と格子中に取り込まれたＨ−の効果により、コバルト触媒表面での窒素解離と水素化を大幅に促進できる。その結果、コバルト触媒として世界最高レベルの性能を実現した。

研究成果は４月２７日（現地時間）に米国科学誌「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ」オンライン速報版に公開される。

本研究成果は、ＪＳＴ 創発的研究支援事業（ＪＰＭＪＦＲ２０３Ａ）、科学研究費助成事業（ＪＰ２２Ｈ００２７２、ＪＰ２１Ｈ０００１９）、ＪＳＴ 未来社会創造事業（ＪＰＭＪＭＩ２１Ｅ９）、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）の委託業務（ＪＰＮＰ２１０１２）、つばめＢＨＢ株式会社との共同研究の支援によって実施された。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Boosted Activity of Cobalt Catalysts for Ammonia Synthesis with BaAl2O4-xHy Electrides”
ＤＯＩ：10.1021/jacs.3c01074

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Record Ammonia Production Achieved with Inexpensive Cobalt Catalyst at Low Temperatures”

前に戻る