東京工業大學元素戰略MDX研究中心榮譽教授細野秀雄、特任助教魯楊帆（現重慶大學副教授）、副教授北野政明等人的研究團隊，開發出了在溫和條件下進行「綠色氨合成」所需的高耐水性、無貴金屬的新型觸媒。
圖 氨合成引起的載體結構變化。反應前的La3AlN（左）在合成反應中轉化爲La-Al-N（右）。黑點：氮；紅點：鑭；藍點：鋁（供圖：東京工業大學）
氨透過使用高壓、高溫的哈柏法（在高溫、高壓下由氮和氫合成氨）量產，支撐着社會的隊形變換。然而，甲烷制氫的程序需要大量能量，同時還會產生大量二氧化碳。因此，使用再生能源進行電解水制氫，在溫和條件下由氫合成氨的「綠色氨」研究在世界範圍内盛行。作爲實施這一目標的觸媒，釕等稀有金屬是主流。
研究團隊在2020年的報告中表示，利用氮化物表面的氮空艙，使堅固的氮分子解離，在負載金屬只解離氫的構想下，將因活性低而不被關注的鎳負載於氮化鑭上，發現附着鎳的氮化鑭作爲觸媒的效果與釕觸媒相當。
然而，這種觸媒的缺點是對水分敏感，如果暴露在通常環境下，其催化活性就會大幅降低。這種對水分的不穩定性在溫和條件下活性高的觸媒中是很常見的，這也是此類觸媒的在應用中必須克服的難題。
此次的新型觸媒使用對水分穩定的La3AlN代替氮化鑭，並在其上負載鎳或鈷。La3AlN在氨合成程序中轉變爲Al摻雜的氮化鑭（La-Al-N），透過La-Al鍵的穩定效果大幅提高了觸媒表面的化學穩定性。這樣形成的La-Al-N觸媒即使暴露在氧氣和含油氣中，催化活性也不會下降，同時具有源於氮空艙的特殊催化功能以及較高的耐氣性、耐水性。
細野榮譽教授表示：「此次的成果源於我們的一種構想：使用穩定的起始物質，將活性高但對水分敏感的觸媒在反應中轉化爲活性高但穩定的物質。今後爲了進一步提升活性，還需要增大比表面積、最適化鋁濃度等。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Angewandte Chemie International Edition
論文：Approach to Chemically Durable Nickel and Cobalt Lanthanum-Nitride-Based Catalysts for Ammonia Synthesis
DOI：10.1002/anie.202211759
