窒素分子の切断と水素化を常温・常圧で実現

窒素分子の切断と水素化を常温・常圧で

実現

－産業に多く利用されるアンモニアの

新しい合成法の開発に道を拓く－

2013年6月28日

独立行政法人理化学研究所

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　窒素分子は化学式N2で表され、

常温・常圧で無色透明な気体です。

　大気の約8割を占めるほど豊富に存在

しています。

　2つの窒素原子が三重結合という強い結合

で結ばれているため、非常に安定な分子

です。

　安定であるということは、逆にいえば

反応性が乏しいということで、ほとんどの

生物は大気中の窒素を直接利用することが

できません。

　自然界で窒素の三重結合を断ち切れる

のは「ニトロゲナーゼ」という酵素を持つ

細菌だけです。

　窒素は、肥料の3要素の1つに挙げられる

ほど農作物にとって重要ですが、農作物を

増産するには窒素酸化物など自然界が

作った固定窒素だけでは足りません。

　これを解決したのがハーバー・ボッシュ法

で、触媒を使って窒素からアンモニアを合成

する手法です。

　アンモニアは肥料から医薬品原料まで

幅広く産業利用されています。

　ただ、この手法の難点は合成時に500℃

の高温と300気圧の高圧を必要とすること

で、アンモニア合成に使われている

エネルギーは、何と人類の年間消費量の

1％に上るといわれています。

　研究グループは、より低温・低圧の下

でもアンモニアを合成できる新しい手法の

開発に取り組みました。

　アンモニア合成では窒素分子の

「窒素―窒素結合」を切断し、

「窒素―水素結合」を形成しなければ

なりません。

　そこで、3つのチタン原子と7つの

ヒドリド（マイナスの電荷を持った

水素イオン）原子からなる多金属ヒドリド

化合物を開発しました。

　この化合物と窒素を反応させたところ、

常温・常圧で窒素分子の「窒素―窒素結合」

を切断し、「窒素―水素結合」を形成して

いることが分かりました。

　常温・常圧で窒素がヒドリド化合物

によって固定され、水素化された初めての

例となります。

　この反応では、窒素分子の切断のための

電子（e－）を与える電子剤や、

アンモニア生成に必要なプロトン（H＋）

を与えるプロトン源を、新たに必要と

しませんでした。

　チタンヒドリド化合物のヒドリド原子

（H－）が電子を与える電子剤として働いて

窒素分子の結合を切断し、また電子を放出

することでプロトン源の役割りを果たして、

窒素の水素化を実現しました。

　この成果は、省エネ・省資源型の

新しいアンモニア合成法の開発につながる

と期待できます。

報道発表資料

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　これまた素晴らしい成果ですね。

＞アンモニア合成に使われている

＞エネルギーは、何と人類の年間消費量の

＞1％に上るといわれています。

　すごいエネルギーを使っているんですね。

　それが今回の開発で常温・常圧で実現

出来るようになった。

　素晴らしい事だと思います。

　大いに期待したい。