アンモニア合成用炭素材料担体Ru触媒の高活性発現機構の解明

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アンモニア合成過程における二酸化炭素排出量の削減に向けて、再生可能エネルギー由来の電力を用いて水の電気分解によって得られた水素から、従来のアンモニア合成条件よりも温和な条件でアンモニアを合成するための触媒の開発が求められている。本研究課題では、高比表面積を有する炭素材料担体に金属触媒であるルテニウムおよび助触媒であるセシウムあるいはバリウムを担持した新規触媒の開発および活性発現機構の解明に取り組む。本年度はスーパーグロース法によって製造された単層カーボンナノチューブにルテニウムおよびセシウムを担持した触媒を調製し、再生可能エネルギー由来の電力を利用して製造された水素の供給を想定した変動条件でのアンモニア合成試験を行った。その結果、アンモニア合成反応の停止・再開を伴う温度や圧力の条件変動に対して、触媒活性が追従し、早期に安定するという優れた応答性を示すことを明らかにした。また、調製した触媒をペレット状に成型し、11-81気圧までの高圧条件でのアンモニア合成試験を行い、既存ルテニウム触媒より1.5倍程度高濃度のアンモニアを合成することに成功した。また、11-51気圧の圧力範囲において、アンモニア濃度が平衡近くに達するという高いアンモニア合成活性を示すことを明らかにした。また、温度380℃、圧力51気圧の条件で最大の活性を示し、従来のアンモニア合成条件よりも温和な条件で高濃度のアンモニアを合成できることを明らかにした。