可合成氨之極微金屬團簇觸媒,並能以溫和條件持續合成

 

刊登日期:2024/2/26
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日本理化學研究所與東京大學、北海道大學開發了一項可以合成氨的極微金屬簇(Metal Cluster)觸媒。

近年來,氨可做為不排放二氧化碳的燃料而受到關注。而氨的大規模生產廣泛採用了哈伯法(Haber-Bosch Process),利用以鐵為主要成分的觸媒,並在150~350大氣壓與350~550℃的高壓高溫條件下讓氮氣與氫氣發生反應後合成,因此對於可以在溫和條件下合成的觸媒有其需求。

此次研究團隊利用了鹵素配位之6個鉬(Mo)原子組成的團簇。此團簇負載於孔徑1 nm以下,與Mo團簇同等大小的沸石(多孔質載體)上,並在氫氣流通氣氛下以600℃進行熱處理。結果顯示,即使去除所有鹵素配位基之後,由6個原子組成的Mo團簇也在保持平均原子數的同時被納入細孔中。

此外,讓氮氣與氫氣的混合氣體流通過細孔內含有Mo團簇的沸石,使其進行反應。結果顯示,確認在400℃、10個大氣壓力下約260小時,以及在200℃、50個大氣壓力下約520小時,皆以一定的速度生成氨。此外,在200℃下、約520小時的生成結果是200℃反應有史以來最長的水準。Mo比鐵等具有更高的氮-氮三重鍵的切斷能力,且透過理論計算,證明Mo原子在Mo團簇觸媒中形成協同作用,進而有效率地將氮-氮三重鍵予以切斷。

新開發的觸媒無需使用特殊成分,即可在相對較低的溫度下有效地、持續地切斷氮氣。另具有優異的安全性。今後隨著氨合成實用化持續推進,將可望有助於氨燃料的增產。此外,確立極微尺寸金屬團簇的研究成果將可望為奈米材料領域的研究與應用有所貢獻。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240124_riken.html
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