貴金属触媒を用いないで低温アンモニア分解を実現~BaSi2担体の採用で反応の壁を突破~

2026-02-19 東京科学大学

東京科学大学 総合研究院 元素戦略MDX研究センターの北野政明教授、細野秀雄特命教授らは、NiやCoなどの非貴金属触媒にZintl相シリサイドBaSi2を担体として用い、低温で高効率なアンモニア分解を実現した。BaSi2界面で低原子価Baから窒素への電子移動が起こり、Ba–N–Ni中間体が形成されることで、律速段階であるN–Nカップリングの活性化エネルギーを大幅に低減。Ni/BaSi2は従来Ni触媒やNi/BaSi2O5より高活性を示し、Ru触媒に匹敵する性能を達成した。非貴金属で低温作動を可能にする設計指針を示し、水素キャリアとしてのアンモニア利用促進に貢献する成果で、Journal of the American Chemical Societyに掲載された。

貴金属触媒を用いないで低温アンモニア分解を実現~BaSi2担体の採用で反応の壁を突破~
図1. BaSi2の結晶構造

<関連情報>

三元遷移金属窒化物中間体の形成によるアンモニア分解の促進:Ni(Co)担持BaSi2 Ammonia Decomposition Promoted by the Formation of Ternary Transition Metal Nitride Intermediates: Ni (Co)-Loaded BaSi2

Qing Guo,Shiyao Wang,Jiang Li,Yihao Jiang,Zhujun Zhang,Masato Sasase,Hideo Hosono,and Masaaki Kitano
Journal of the American Chemical Society
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c16307

Abstract

Catalytic ammonia decomposition for hydrogen release at reduced temperatures is a critical component of the hydrogen energy roadmap. However, conventional nonprecious transition metal (TM) catalysts, such as Ni and Co, typically suffer from a high energy barrier in the N–N coupling step. In this study, we report that a stable Zintl phase silicide of BaSi2 functions as an efficient support for Ni and Co catalysts in ammonia decomposition via the formation of TM–nitrogen–barium intermediates at the TM-BaSi2 interface. Characterizations using kinetic studies, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and density functional theory calculations suggest that electron transfer occurs from the interfacial low-valence barium to nitrogen atoms bonded to TM at the TM-BaSi2 interface, which leads to the formation of TM-nitrogen–barium intermediates and in turn lowers the energy barrier for the rate-determining N–N coupling step. This promotion enables Ni- or Co-loaded BaSi2 catalysts to significantly outperform conventional nonprecious metal catalysts and become comparable to the Ru-based catalysts. These results offer a new perspective for the future design of nonprecious metal catalysts for ammonia decomposition at reduced temperature.

0505化学装置及び設備
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