New transformations from ammonia on tin niobate-based photocatalysts

铌酸锡基光催化剂上氨的新转变

• 批准号: 22K18312
• 负责人: 平井 隆之
• 金额: $ 15.81万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18312/
• 关键词: アンモニア; 光触媒; ニオブ酸スズ; 人工光合成; エネルギー

ニオブ酸スズ半導体を基盤とする光触媒により、太陽光を利用して、NH3を原料とする新しい物質変換技術を開発する。(1)NH3水溶液から硝酸を製造しながらH2ガスを生成させる反応、ならびに (2)NH3水溶液とCO2ガスから常温・常圧下で尿素を合成する反応、の二つの太陽光エネルギー蓄積型反応に挑戦する。特殊酸化サイト（Sn-N-Nb）の解析とメカニズムの解明に基づく基礎固めを行うほか、酸化サイト近傍への還元活性点の導入などの機能集積を通して活性の飛躍的な向上を目指す。これらの研究を通して、高難度反応を太陽光エネルギーにより常温で進行させる革新技術を確立し、NH3の関わる触媒化学を開拓する。2022年度は、(1)について検討した。Sn2Nb2O7触媒に水素還元法でPtを担持した触媒が両論反応（NH3 + 3H2O → 4H2 + HNO3）を定常的に進行させることを見出した。定常反応が進行する前には、H2とN2が生成すること、また、XPS測定により触媒表面の酸素原子が脱離することを明らかにした。したがって、初期反応により骨格の酸素原子が脱離した「表面酸素欠陥」が形成されることが分かった。また、定常反応中の触媒のXPS測定を行うと、Sn-N-Nbに由来するシグナルが確認された。また、定常反応中の触媒をセル内に詰め、水の存在下で光照射を行いながら赤外スペクトルを測定したところ、HNO3の生成が見られた。したがって、初期反応により形成された酸素欠陥部位にNH3が挿入され、これがHNO3を生成させるサイトとして機能することを突き止めた。DFTにもとづく計算化学も並行して行うことにより、上述のメカニズムの妥当性を確認でき始めている。

The development of new material conversion technologies for semiconductor substrates (1)NH3 aqueous solution and CO2 aqueous solution produce nitric acid, H2 gas and urea under normal temperature and pressure.(2)NH3 aqueous solution and CO2 gas produce urea under normal temperature and pressure. The analysis of special acidizing agent (Sn-N-Nb), the solution of basic solid, the introduction of active sites near acidizing agent, the functional integration of active sites, and the upward direction of activity. The research on this subject is conducted in a comprehensive and highly difficult way, and innovative technologies are established at room temperature, and NH3-related catalytic chemistry is developed. 2022,(1) Sn2Nb2O7 catalyst for the reduction of water element method Pt support catalyst for the reaction (NH3 + 3H2O → 4H2 + HNO3) is a constant process. Before the steady reaction, H2 and N2 were formed. In the early stages, the acid atoms of the bone lattice were separated from each other, and the surface acid atoms were formed. The XPS determination of the catalyst in the steady state reaction was carried out and the origin of Sn-N-Nb was confirmed. In the presence of water, the catalyst in the steady state reaction can be detected by light irradiation, and the formation of HNO3 can be seen. However, NH3 can be inserted into the acid deficiency site formed during the initial reaction, and this provides support and functionality for the generation of HNO3. DFT is a computational chemistry tool that can be used to determine the appropriateness of the above algorithm.

项目成果

大阪大学大学院基礎工学研究科附属太陽エネルギー化学研究センター・平井研究室

大阪大学工学研究科太阳能化学研究中心平井实验室

ニオブ酸スズ光触媒によるアンモニアからの可視光水素生成

使用铌酸锡光催化剂从氨生产可见氢

• 发表时间: 2023
• 作者: 西浦愛也;白石康浩;平井隆之
• 通讯作者: 平井隆之