窒素と水からのアンモニア直接電解合成のための新規カソードの開発

开发一种新型阴极，用于由氮和水直接电解合成氨

• 批准号: 19J11748
• 负责人: 井波 雄太
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11748/
• 关键词: アンモニア; 電解合成; 電極触媒

アンモニアは重要な基礎化学品であり，その需要は年々増加している．効率的なアンモニア合成プロセスを開発する事が出来れば，工業的に極めて意義深い．本研究では，常温常圧の温和な条件で，水と窒素から直接アンモニアを合成するための新規電解合成システムの開発を行った．本年度は，アンモニア電解合成用の電解セルの設計および種々の電極触媒の活性評価を行った．電解セルは，ガス拡散電極を電解液/気相隔膜とし，カソードとアノードの間に中性～塩基性の電解液を液相ポンプにより流通し，カソード室に窒素を流通した．この電解システムを用いて電解を行うことで，アノードの電極触媒/電解質界面で水が酸化されて酸素を生成し，カソードの電極触媒/電解質/窒素の三相界面で窒素が還元されてアンモニアが生成すると期待した．カソード触媒として，種々の炭素担持金属触媒および炭素固定化錯体触媒の活性評価を行った．その結果，鉄，モリブデンおよびルテニウム系のカソード触媒を用いた時に，カソード室出口ガスよりアンモニアが検出された．それらの金属上で窒素が活性化されて還元されて，アンモニアが生成している可能性がある．しかし，それらのカソードを用いた時のアンモニア生成速度は毎時数10 nmolのオーダーであり，極めて低速であった．また，電気化学反応における生成物選択率を示すファラデー効率はいずれのカソードにおいても1％未満であった．より高速かつ選択的にアンモニアを合成可能な新規電極触媒の開発が必要である．

The need for essential basic chemicals is increasing every year. The development of industrial technology is of great significance. In this study, under mild conditions of normal temperature and pressure, the direct synthesis of water and nitrogen was studied. This year, the design and activity evaluation of electrode catalysts for electrolytic synthesis were conducted. Electrolyte: The electrolyte/gas phase separator is used to separate the electrolyte from the neutral electrolyte. The electrolyte/gas phase separator is used to separate the electrolyte from the neutral electrolyte. The electrolyte system is used for electrolysis, and water is acidified at the electrode catalyst/electrolyte interface to produce acid. The three-phase interface of the electrode catalyst/electrolyte/electrolyte is expected to produce acid. Activity evaluation of carbon supported metal catalysts and carbon immobilized catalyst for carbon catalysts. As a result, the iron, iron The possibility of the formation of the active element on the metal is discussed. The speed of generation is 10 nmol per hour, and the speed is extremely low. The product selectivity of the electrochemistry reaction is shown in the table below. It is necessary to develop a new electrode catalyst for high speed selection.