低温常圧電解に向けた窒素還元触媒のスクリーニング

摘要

水素社会の実現に際し，水素キャリアとしてアンモニアが期待されている.本研究では，PM7法による半経験的分子軌道計算を用いて，より少ないエネルギーでアンモニアの合成ができる触媒構造の検討を行った.その結果，Os，Mo，Feを活性点としたときのみ，N_2に対しH~+が2つ結合することが明らかとなった.また，活性化エンタルピーはW < Fe < Ruの順に小さかった.よって，Fe原子がアンモニア合成触媒の活性点となり得る可能性が高いと結論づけた.それに基づき窒素原子をドープしたケッチェンブラックに，Feイオンを配位させた鉄イオン配位カーボン触媒を合成し，実際に電気化学的窒素還元能を，三相界面を有するハーフセルを用いて研究した.その結果，Fe(III)イオンを配位させることによりアンモニア生成量が増加したが，ファラデー効率及びエネルギー変換効率が低下したことから，競争反応であるプロトン還元反応も同時に活性化されることが明らかとなった.