貴金属触媒を用いないで低温アンモニア分解を実現

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Guo Qing（グオ・チン） 博士研究員、Wang Shiyao（ワン・シーヤオ） 博士研究員、北野 政明 教授、細野 秀雄 特命教授らの研究グループは、非貴金属触媒であるニッケル（Ni）触媒とコバルト（Co）触媒に担体として珪化バリウム（BaSi₂）を用いることで、低温において貴金属ルテニウム触媒に匹敵するアンモニア分解活性を達成しました。

アンモニアは、水素（H₂）を高密度で安全に貯蔵・輸送できる「水素キャリア」として注目されていますが、水素を取り出すためのアンモニア分解反応には高温が必要であり、低温化が大きな課題となっています。また、安価なNiやCoなどの非貴金属触媒による高い分解活性を実現することも課題となっています。これらの触媒では、反応の律速段階である窒素–窒素結合形成（N–Nカップリング）に高いエネルギー障壁が存在するため、低温作動が困難でした。

本研究では、Ni触媒やCo触媒の担体として、安定なZintl（ジントル）相シリサイドであるBaSi₂を用いました。このBaSi₂界面において、低原子価状態にあるバリウム（Ba）から遷移金属（TM）に結合した窒素原子への電子移動が生じ、TM–N–Ba中間体が形成されることが示唆されました。この中間体が形成されることで、律速段階である窒素–窒素結合形成反応のエネルギー障壁が大幅に低下します。こういった原理により、NiとCoという非貴金属触媒が、低温でも高効率で作動することを明らかにしました。

本研究成果は、2026年2月19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ました。