东京工业大学元素战略MDX研究中心荣誉教授细野秀雄、特任助教鲁杨帆（现重庆大学副教授）、副教授北野政明等人的研究团队，开发出了在温和条件下进行“绿色氨合成”所需的高耐水性、无贵金属的新型催化剂。
图 氨合成引起的载体结构变化。反应前的La3AlN（左）在合成反应中转化为La-Al-N（右）。黑点：氮；红点：镧；蓝点：铝（供图：东京工业大学）
氨通过使用高压、高温的哈伯法（在高温、高压下由氮和氢合成氨）大量生产，支撑着社会的发展。然而，甲烷制氢的过程需要大量能量，同时还会产生大量二氧化碳。因此，使用可再生能源进行电解水制氢，在温和条件下由氢合成氨的“绿色氨”研究在世界范围内盛行。作为实现这一目标的催化剂，钌等稀有金属是主流。
研究团队在2020年的报告中表示，利用氮化物表面的氮空位，使坚固的氮分子解离，在负载金属只解离氢的构想下，将因活性低而不被关注的镍负载于氮化镧上，发现附着镍的氮化镧作为催化剂的效果与钌催化剂相当。
然而，这种催化剂的缺点是对水分敏感，如果暴露在通常环境下，其催化活性就会大幅降低。这种对水分的不稳定性在温和条件下活性高的催化剂中是很常见的，这也是此类催化剂的在应用中必须克服的难题。
此次的新型催化剂使用对水分稳定的La3AlN代替氮化镧，并在其上负载镍或钴。La3AlN在氨合成过程中转变为Al掺杂的氮化镧（La-Al-N），通过La-Al键的稳定效果大幅提高了催化剂表面的化学稳定性。这样形成的La-Al-N催化剂即使暴露在氧气和湿气中，催化活性也不会下降，同时具有源于氮空位的特殊催化功能以及较高的耐氧性、耐水性。
细野荣誉教授表示：“此次的成果源于我们的一种构想：使用稳定的起始物质，将活性高但对水分敏感的催化剂在反应中转化为活性高但稳定的物质。今后为了进一步提升活性，还需要增大比表面积、优化铝浓度等。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Angewandte Chemie International Edition
论文：Approach to Chemically Durable Nickel and Cobalt Lanthanum-Nitride-Based Catalysts for Ammonia Synthesis
DOI：10.1002/anie.202211759
