アンモニア合成のための異質な触媒としてのチタン基水素
Yoji Kobayashi1,2, Ya Tang1, Toki Kageyama1
1Department of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Kyoto University , Nishikyo-ku, Kyoto 615-8510, Japan.
タイタニウム水素化合物は,高温で窒素と水素からアンモニア合成を触媒化する. この発見により,アンモニアの生産のための非貴金属触媒の範囲が拡大しました.
科学分野:
- 材料科学
- カタリシス
- 無機化学
背景:
- 窒素 (N2) の活性化とアンモニア (NH3) の水素化が世界の食糧生産に不可欠である.
- N2活性化のための移行金属水素複合体は調査されていますが,触媒的なNH3形成は依然として困難です.
- タイタン (Ti) とタンタル (Ta) 水素複合物はN2を活性化するが,NH3を触媒的に生成しない.
研究 の 目的:
- アモニア合成のための固体ヒドリドを含むチタン化合物の触媒的可能性を調査する.
- 非貴金属触媒を用いたアンモニア生産の新たな経路を探求する.
主な方法:
- 高温 (400 °C) と高圧 (5 MPa) の下では,固体ヒドリドを含むTi化合物 (TiH2とBaTiO2.5H0.5) を利用した.
- 長時間 (∼7日) の間,連続したH2/N2流動条件下で動作する.
- 従来のルーテニウム (Ru) 触媒との触媒活性比較
主要な成果:
- TiH2とBaTiO2.5H0.5は,連続してNH3を生成するニトリド-ヒドリド表面を形成した.
- 2. 8 mmol·g−1·h−1までの触媒活性を達成し,一部のサポートされたRu触媒と比較できる.
- 触媒活性における初期水素存在の重要な役割が示された.
結論:
- 固体タイタン水素化合物は,アンモニア合成の効果的な触媒として機能します.
- 最初の水素は水素ベースのマーズ・ヴァン・クレヴェレンメカニズムを示唆している.
- ハイドリドをTiに導入することで,異質な触媒の範囲を拡大し,貴金属の代替品を提供します.
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