东京工业大学实现低温下高效合成氨！成功使用氢负离子导体将反应温度降低100℃

东京工业大学物质理工学院材料系的研究小组（由AIpatent认证专家库成员组成，欲知详情可联络support@aipatent.com）发现，当使用具有世界最高氢负离子^[1]电导率的稀土类氢氧化物^[2]（LaH_3-2xO_x、CeH_3-2xO_x）作为催化剂载体时，钌催化剂^[3]的工作温度可以降低约100℃。

氨合成活性的高低取决于氢负离子在钌-载体界面上的迁移率，合成活性高时，由在氢负离子脱离后的空位中产生的电子所携带的钌纳米颗粒的电子状态变为负状态。此外，该研究小组还证实，即使是简单的稀土类氢化物（LaH₃、CeH₃）也有望达到同样的效果，但是这些稀土类氢化物在氨合成过程中表面会氮化，从而损害来自载体的供电子性，因此活性和稳定性都会降低。可以说，该研究为在低温下稳定工作的氨合成催化剂开发提供了设计指南。

氨是人类生产最多的化学产品之一，是在高温（400至500℃）和高压（100至300atm）的条件下通过哈柏法（HB法）人工生产的。使用通过天然气等化石能源的蒸汽重整而合成的氢气，在大型的成套设备中量产氨。

但是，近年来，“绿色氨”的想法备受关注，即利用来自太阳能和风力等可再生能源的氢气来合成氨。然而，可再生能源易受天气等的影响，发电不稳定，可生成的氢气量也较小，因此与HB法相比，需要小型的成套设备。在这种情况下，比起工业铁催化剂，更需要一种在低温低压的温和条件下高效起作用的催化剂，对此，已经进行了各种各样的研究。

此前，该研究小组已经发现，将钌纳米颗粒与材料中具有高密度电子和氢负离子的C12A7电子化合物^[4]或Ca₂NH^[5]等结合，可形成具有优异氨合成活性的催化剂。另一方面，2019年发现了一种在中温度区域（200～400℃）具有世界最高氢负离子电导率的物质LaH_3-2xO_x^{[6][参考文献1]}，并有望将其应用于催化材料。