次世代型アンモニア合成法の触媒機構を解明―実験と理論の両輪でメカニズムの全貌に迫る―

2026-09-25 京都大学

京都大学などの研究グループは、モリブデン分子触媒を用いた次世代型アンモニア合成法の反応機構を、実験と理論計算の両面から解明した。アンモニアは肥料や将来のエネルギー媒体として重要だが、従来の製造法は大量のCO₂を排出するため、環境負荷の低い合成法が求められている。今回、窒素分子からアンモニアが生成するまでの複雑な触媒反応過程を詳細に解析し、モリブデン分子触媒がどのように反応を進行させるかを明らかにした。得られた機構的知見は、触媒の高性能化や新たな触媒設計の基盤となり、空気中に豊富な窒素を資源として利用する窒素固定技術の発展につながることが期待される。研究成果は『Nature Communications』に掲載された。

次世代型アンモニア合成法の触媒機構を解明―実験と理論の両輪でメカニズムの全貌に迫る―
アンモニア合成反応におけるモリブデン分子触媒の作用メカニズムの解明
作成:中村泰司

<関連情報>

SmI2‒H2O 系により駆動されるMo触媒を⽤いた窒素固定反応機構の解明 Unveiling full mechanistic picture of Mo-catalysed nitrogen fixation driven by SmI2–H2O system

Taiji Nakamura, Kazuya Arashiba, Asuka Konomi, Hiromasa Tanaka, Yoshiaki Nishibayashi & Kazunari Yoshizawa
Nature Communications  Published:24 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-77505-0

Abstract

Ammonia is an essential chemical that underpins modern agriculture and industry, but the direct conversion of dinitrogen to ammonia under mild conditions remains highly challenging. To this end, molybdenum nitride complexes bearing 1,3-bis(di-tert-butylphosphinomethyl)benzimidazole-2-ylidene pincer ligands have been shown to catalyse ammonia formation from dinitrogen using samarium diiodide and water. However, the catalytic mechanism remains poorly understood owing to limited information on the key intermediates and the solution-state speciation of the samarium reductant. Here we show a full catalytic mechanism by combining mechanistic experiments and theoretical analyses. We isolate molybdenum methylimide and molybdenum methylamide complexes as stable analogues of catalytic intermediates, providing direct experimental evidence for the proposed catalytic pathway. Theoretical studies further suggest a plausible structure of the tetrahydrofuran-solvated samarium diiodide–water complex, and subsequent mechanistic analyses reveal that ammonia formation proceeds through proton-coupled electron transfer. Building on these experimental and theoretical findings, we identify the molybdenum–imide formation reaction as the most energy-demanding step. These findings provide a framework for understanding catalytic ammonia formation and inform future efforts to improve dinitrogen reduction catalysts.

0505化学装置及び設備
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました