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東大と東邦大、ルテニウム錯体を用いたアンモニアの触媒的酸化反応の開発に成功

発表日:2019年7月25日

ルテニウム錯体を用いたアンモニアの触媒的酸化反応の開発を達成!

-アンモニア社会に向けた直接的なエネルギー変換反応-

1.発表者:

中島 一成(東京大学 大学院工学系研究科 エネルギー・資源フロンティアセンター 准教授)

戸田 広樹(東京大学 大学院工学系研究科 システム創成学専攻 博士課程1年生)

坂田 健(東邦大学 薬学部 教授)

西林 仁昭(東京大学 大学院工学系研究科 システム創成学専攻 教授)

2.発表のポイント:

◆ルテニウム錯体を触媒として、アンモニアを窒素分子へと酸化的に変換する反応系の開発に成功した。

◆酸化剤を用いる反応だけでなく、電気化学的酸化反応条件下でも、室温でアンモニアを窒素分子へと変換できることを確認した。

◆アンモニアに蓄えられた化学エネルギーを取り出して電気エネルギーに変える触媒反応は、アンモニア社会の実現へ向けて重要な知見であり、アンモニアを直接燃料として用いた燃料電池などへの応用が期待される。

3.発表概要:

環境問題やエネルギー問題を背景に、再生可能エネルギーの普及が世界的に求められている。再生可能エネルギーの普及においては、得られたエネルギーを化学物質の形で貯蔵し、運搬するエネルギーキャリア(注1)の利用が近年になって注目されている。そのエネルギーキャリアの候補として、取り扱いの容易さ、高いエネルギー密度、炭素を含まず利用した際に二酸化炭素を排出しないという特徴を持つアンモニア(注2)が候補の一つとして有力視されている。アンモニアをエネルギーキャリアとして利用するためには、アンモニアを窒素分子へと酸化し、同時にアンモニアに蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーなどの形に効率的に変換するアンモニアの触媒的酸化反応の開発が望まれている(図1)。

今回、東京大学大学院工学系研究科の西林仁昭教授らと東邦大学薬学部の坂田健教授らの研究グループは、ルテニウム触媒に、酸化剤と塩基を組み合わせた反応系を用いることでアンモニアの触媒的酸化反応の開発に成功した(図2)。また、実験および理論計算の手法により詳細な反応機構(図3)について検討を行い、ルテニウム-窒素三重結合を有するニトリド錯体(注3)の二核化反応によって窒素分子が生成していることを提唱した。また、本反応は、酸化剤の代わりに電気化学的酸化反応を用いた条件下においても、室温でアンモニアの触媒的な酸化反応が進行することが明らかとなった。本研究成果は、アンモニアに蓄えられた化学エネルギーを直接的に電気エネルギーへ変換する反応であり、アンモニア社会(注4)の実現において重要な発見である。

本研究成果は、2019年7月24日の「Nature Chemistry(ネイチャー・ケミストリー)」(オンライン版)で公開される予定である。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0515235_01.pdf

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