ポイント
- ケイ酸塩化合物Ｂａ３ＳｉＯ５の酸素の一部をＨ−やＮ３−に置き換えた新物質を開発。
- Ｈ−やＮ３−の脱離により生じた電子がＮ２を活性化することで高い触媒性能を発揮。
- これまで材料候補とされていなかった元素の組み合わせで高性能触媒を創生できることを立証。
東京科学大学（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｏｋｙｏ） 総合研究院 元素戦略ＭＤＸ研究センターのＺｈａｎｇ Ｚｈｕｊｕｎ（ザン・ズージュン） 特任助教、北野 政明 教授、細野 秀雄 特命教授、物質理工学院 材料系の宮下 和聡 大学院生（博士後期課程１年）らの研究グループは、ケイ酸塩化合物の一種であるケイ酸バリウム（Ｂａ３ＳｉＯ５）内の酸素の一部をヒドリドイオン（Ｈ‒）および窒化物イオン（Ｎ３−）に置き換えた新物質「Ｂａ３ＳｉＯ５－ｘＮｙＨｚ」の合成に成功しました。さらにこの新物質は遷移元素を全く含んでいないにもかかわらず、遷移金属触媒の中で最も高活性なルテニウム触媒よりも高いアンモニア合成活性を持つことを発見しました。
水素キャリアとして近年注目されているアンモニアの低温・低圧下での合成が注目されており、世界中で触媒開発が行われています。アンモニア合成では、原料ガスの窒素分子の活性化が重要で、窒素と結合を形成しやすい遷移金属を触媒の活性成分に含めることが、触媒設計として必須でした。
この新物質「Ｂａ３ＳｉＯ５－ｘＮｙＨｚ」は、結晶格子中のＨ‒およびＮ３−が比較的低温で脱離し、欠陥サイト（結晶格子に空いた穴のような部分）が形成され、そこに電子が捕捉されます。このアニオン（陰イオン）欠陥に捕捉された電子が、窒素および水素分子を効率良く活性化し、遷移金属サイトが無くてもアンモニア合成反応を促進できることを明らかにしました。ケイ酸塩化合物は、地球上で最も多く存在する鉱物であり、これまで触媒として考えられていなかった元素の組み合わせでも高性能触媒を実現できることを示す成果であるといえます。
本研究成果は、２０２５年２月１７日（現地時間）に英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」オンライン速報版に公開されます。
本研究成果は、ＪＳＴ 創発的研究支援事業（ＪＰＭＪＦＲ２０３Ａ）、同 未来社会創造事業（ＪＰＭＪＭＩ２１Ｅ９）、科学研究費助成事業（ＪＰ２２Ｈ００２７２、ＪＰ２４Ｈ０２２０３、ＪＰＨ０２２０４）、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ました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（１．３８ＭＢ）
＜論文タイトル＞
- “Anion vacancies activate N2 to ammonia on Ba-Si orthosilicate oxynitride-hydride”
- ＤＯＩ：10.1038/s41557-025-01737-8
＜お問い合わせ先＞
-
＜研究に関すること＞
北野 政明（キタノ マサアキ）
東京科学大学 総合研究院 元素戦略ＭＤＸ研究センター 教授
Tel：045-924-5191
E-mail：kitano.m
mdxes.iir.isct.ac.jp細野 秀雄（ホソノ ヒデオ）
東京科学大学 栄誉教授／総合研究院 元素戦略ＭＤＸ研究センター 特命教授
Tel：045-924-5009
E-mail：hosono.h.aam.titech.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
加藤 豪（カトウ ゴウ）
科学技術振興機構 創発的研究推進部
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-7276 Fax：03-6268-9413
E-mail：souhatsu-inquiryjst.go.jp -
＜報道担当＞
東京科学大学 総務企画部 広報課
取材申し込みフォーム：https://forms.office.com/r/F3shqsN7zY
Tel：03-5734-2975 Fax：03-5734-3661
E-mail：mediaml.tmd.ac.jp科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp