共同発表：世界最高レベルの性能を持つアンモニア合成触媒を開発
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160921/index.html
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160921/icons/zu1.jpg
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160921/icons/zu2.gif


ポイント
アンモニアは化学肥料の原料として重要な化学物質であり、近年は再生可能エネルギーの貯蔵・輸送を担うカーボンフリーのエネルギーキャリアとしても重要性が増している。そのため、アンモニアを高効率で生産する高活性な触媒の開発が求められてきた。
既存の工業プロセスよりも理想的な条件で、世界最高レベルのアンモニア合成性能を示す触媒を開発することに成功した。
開発した触媒の表面は特殊な構造を持つこと、さらにその表面構造と担体の塩基性の相乗効果によって、高いアンモニア合成活性が実現していることを明らかにした。
開発した触媒によって、既存のプロセスの省エネ化・合理化、再生可能エネルギー由来のアンモニア生産プロセスの実現が期待できる。


大分大学 工学部の永岡 勝俊　准教授らの研究グループは、既存の工業プロセスよりも理想的な条件で、世界最高レベルのアンモニア合成活性を示す新規触媒として、酸化プラセオジム注１）にルテニウム注２）を担持した触媒（Ｒｕ／Ｐｒ２Ｏ３）を開発しました。

アンモニアは化学肥料の原料として重要な化学物質であり、世界の食料生産の根幹を担っています。近年は再生可能エネルギーの貯蔵・輸送を担うエネルギーキャリア注３）としても注目されています。従来の工業プロセスに用いられている鉄触媒は高濃度のアンモニアが存在する条件では充分に働かないという特徴があります。そのため、非常に高い圧力と温度下でアンモニア合成が行われているにもかかわらず、投入エネルギー量に見合った量のアンモニアが回収できず、多量のエネルギーが浪費されているという問題があります。この問題を解決するためには、現実的な条件（３５０―４００ºＣ、１０―１００気圧）で高濃度のアンモニアを得ることができるプロセスの実現と、そのキーテクノロジーとなる、高性能な触媒の開発が求められてきました。

研究グループでは、工業上理想的な条件において、生成速度換算で従来型触媒の約２倍という、非常に高いアンモニア合成活性を示し、高効率でアンモニアを得ることができるＲｕ／Ｐｒ２Ｏ３（図１）を開発するとともに、①ルテニウムが結晶性の低いナノレイヤーとして担持されていること、②Ｐｒ２Ｏ３が高い塩基性を有すること、という２つの特徴が相乗的に作用することで、アンモニア合成反応の律速段階である窒素分子の切断が促進され、高活性が実現されていることを明らかにしました。開発した触媒によって、アンモニア合成プロセスの合理化・省エネ化、再生可能エネルギー由来のアンモニア生産プロセスの実現が期待できます。また、特殊な形態で担持されたルテニウムはさまざまな反応で優れた触媒性能を示すことが期待できます。

本研究成果は、英国王立化学会（Ｔｈｅ　Ｒｏｙａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）のフラッグシップジャーナルＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅのオンライン版にて近日公開されます。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）「再生可能エネルギーの輸送・貯蔵・利用に向けた革新的エネルギーキャリア利用基盤技術の創出」（研究総括：江口 浩一　京都大学 大学院工学研究科　教授）の研究課題「エネルギーキャリアとしてのアンモニアを合成・分解するための特殊反応場の構築に関する基盤技術の創成」（研究代表者：永岡 勝俊　大分大学 工学部　准教授）（研究期間：平成２５～３０年度）の一環で実施されました。

続きはソースで