白金触媒の性能に迫る炭素複合材料の合成に成功 | 芝浦工業大学
http://www.shibaura-it.ac.jp/news/2016/40160116.html
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芝浦工業大学(東京都港区/学長 村上雅人)材料工学科の石﨑貴裕准教授は、ソリューションプラズマ処理を用い、窒素含有カーボン(NCNP)とカーボンナノファイバー(CNF)からなる「NCNP-CNFコンポジット材料」を新開発しました。

次世代電池として期待されている金属空気電池の開発や既存の燃料電池の高機能化に向け、白金等のレアメタルを使わない廉価な触媒の開発が求められています。今回、石﨑准教授は溶液中でプラズマを発生させることで2つのカーボン素材を複合化させ、両者の利点を併せ持つ炭素複合材料を創製しました。(特許出願中)

レアメタルを使わず常温環境下で合成でき、触媒性能も白金担持カーボンに近く、長期安定性とメタノールに対する耐久性にいたっては既存の白金担持カーボンより優れた性能を示します。今後、次世代燃料電池の正電極触媒として使用することで、エネファームのような家庭用燃料電池や電気自動車の低コスト化が進み、低炭素社会への一助となることが期待されます。


ポイント

1.白金担持カーボンと比較し、触媒能(電位)に差はあるものの、触媒活性(電流値)は同等レベル ※下記の図1、2参照
2.正極触媒として、白金担持カーボンより優れた長期安定性とメタノールに対する高耐久性がある ※下記の図3、4参照
3.特別な大規模設備を必要とせず、常温環境下のソリューションプラズマ処理で、安価に合成できる

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【プレスリリース】安価な鉄錯体を用いて温和な条件下で窒素ガスの触媒的還元に成功！ －窒素ガスから触媒的なアンモニアおよびヒドラジン合成を実現－ - 日本の研究.com
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１． 発表者：

東京大学
栗山 翔吾（東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻 大学院生）
荒芝 和也（東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻 特任研究員）
中島 一成（東京大学大学院工学系研究科総合研究機構 助教）
石井 和之（東京大学生産技術研究所 教授）
西林 仁昭（東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻 教授）

九州大学
松尾 裕樹（九州大学先導物質研究所 大学院生）
田中 宏昌（九州大学先導物質研究所 特任准教授）
吉澤 一成（九州大学先導物質研究所 教授）


２．発表のポイント：

•窒素ガスを触媒的に還元する鉄窒素錯体を分子設計し、その合成に成功した。
•新規に合成した鉄錯体を用いて、温和な反応条件下で、還元剤およびプロトン酸を利用することで窒素ガスから触媒的にアンモニアおよびヒドラジンを生成した。
•本成果は従来の高温高圧の極めて厳しい反応条件を要するアンモニア合成法（ハーバー・ボッシュ法）の代替と成り得るため、大幅なコスト削減の達成が期待でき、次世代の窒素固定触媒の開発の指針となる重要な知見である。


３．発表概要：

　窒素 (N) は核酸やアミノ酸、タンパク質に含まれ、生命を構成する上で必須の元素である。窒素は大気中に窒素ガス (N2) として豊富に存在しているが、不活性ガスとよばれるほど反応性に乏しく、人間が直接窒素源として利用することはできない。したがって生命活動を維持する上で、窒素ガスを還元して利用可能なアンモニア（注１）を合成する反応の開発は非常に重要である。今回、東京大学大学院工学系研究科の西林仁昭教授らの研究グループと九州大学先導物質研究所の吉澤一成教授らの研究グループは、窒素分子が配位した鉄窒素錯体（注２）を新規に分子設計・合成し、それを触媒として用いて常圧の窒素ガスを直接アンモニアへと変換することに成功した。さらに反応条件によって窒素ガスから選択的にヒドラジン（注３）が生成するというこれまでに例がない触媒反応をみいだした（図１）。

　本研究の成果は、現法のハーバー・ボッシュ法（注４）に代わり得る次世代型の窒素固定法であり、今後の窒素固定触媒開発の指針となると期待される。

　本研究成果は、2016 年の 7 月 20 日の「Nature Communications（ネイチャー・コミュニケーションズ）」のオンライン速報版で公開されます。

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共同発表：アンモニアから燃料電池自動車用水素燃料を製造
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160719-2/index.html
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アンモニアから燃料電池自動車注１)用高純度水素を製造する実用可能な技術の開発に世界で初めて成功し、アンモニアを原料とした水素ステーション（アンモニア水素ステーション）の実現に向け大きく踏み出しました。

内閣府総合科学技術・イノベーション会議の戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）「エネルギーキャリア」（管理法人：国立研究開発法人 科学技術振興機構【理事長　濵口 道成】）の委託研究課題「アンモニア水素ステーション基盤技術」において、国立大学法人 広島大学、昭和電工（株）、国立研究開発法人 産業技術総合研究所、（株）豊田自動織機、大陽日酸（株）は共同研究により、アンモニアから燃料電池自動車用高純度水素を製造する技術の開発に成功しました。

アンモニアはＮＨ３で示されるように、多くの水素を含んでおりエネルギーキャリア注２）として期待されています。しかしながら、アンモニア水素ステーション実現のためにブレイクスルーしなければならない大きな技術障壁としては次の３点がありました。 ①高活性高耐久性アンモニア分解触媒 ②残存アンモニア濃度を０．１ｐｐｍ以下にでき、再生が容易なアンモニア除去材料 ③水素純度９９．９７％を達成できる精製技術

今回、世界トップレベルのアンモニア分解用ルテニウム系触媒の調製、アンモニア除去材料の作製及び水素精製技術を確立することにより、それらを用いたアンモニア分解装置、残存アンモニア除去装置及び水素精製装置を実証システムの１／１０スケールで開発しました。これらの装置を組み合わせることで、世界で初めてアンモニアを原料とした燃料電池自動車用水素燃料製造注３）が可能となりました。現在、当チームでは昭和電工（株） 川崎事業所においてシステムの実証を行うべく、プロセスの検討を行っています。

今回の成功は、アンモニアを燃料電池自動車用水素燃料へ利用するための技術の大きな進展であり、将来、アンモニアを利用する燃料電池自動車用水素ステーションの実現が期待され、ひいてはＣＯ２削減に大きく貢献することになります。

この技術の詳細は、２０１６年７月２０日に日本科学未来館で開催されるSIPエネルギーキャリア公開シンポジウムで発表されます。

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光合成のメカニズム解明に一歩前進 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160714_1/
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2016/20160714_1/fig1.jpg


要旨

理化学研究所（理研）産業連携本部イノベーション推進センター中村特別研究室の中村振一郎特別招聘研究員、畠山允研究員らの国際共同研究チーム※は、光合成における酸素発生反応の触媒「酸素発生中心」について、酸素が発生する直前の高酸化状態[1]における分子構造を新たに見出しました。

植物や光合成細菌は光合成において、水（H2O）から酸素（O2）を作る酸素発生反応を起こします。この反応の酸素発生中心は、4個のマンガン（Mn）と1個のカルシウム（Ca）からなるMn4Caクラスターからなり触媒としての役割を担っています。酸素発生中心は、電子数の異なる状態（酸化状態）を五つもとり、これによってH2Oから電子（e-）を4個も引き抜く複雑な酸素発生反応を実現しています。この反応のメカニズムを解明するため、Mn4Caクラスターの五つの状態それぞれの解析が国内外で進められています。

今回、国際共同研究チームは、酸素発生の一歩手前の高酸化状態におけるMn4Caクラスターに注目し、各原子が互いに近接した密な構造となることを広域X線吸収微細構造（EXAFS）実験[2]と量子化学計算[3]の両面から見出しました。これらは、低酸化状態[1]からMn4Caクラスターに結合していた残基から得られました。H2Oやそこからプロトン（H+）のとれたヒドロキシル基（OH-）はMn4Caクラスターの外縁に位置し、外縁のH2OからO2ができる新しい反応機構が示されました。

本研究は新たな電極設計指針に大きな示唆を与えるため、今後の新たな展開が期待できます。

本研究は、米国の科学雑誌『Chemical Physics Letters』（6月8日号）に掲載されました。

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