나노기술 및 정책 정보

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도쿄공업대학(東京工業大學) 원소전략연구센터 연구그룹이 단독으로는 활성을 나타내지 않는 니켈(Ni)과 질화 란탄(LaN)을 조합함으로써, 루테늄 등의 귀금속 촉매에 필적하는 우수한 암모니아 합성 촉매를 개발함. 지금까지 암모니아 합성 촉매로는 고온·고압 조건에서의 합성에는 철, 온화한 조건에서의 합성에는 루테늄이 사용되었음. 두 금속 모두 질소와 강하게 결합하기 때문에 금속 상에서 반응이 발생했음. 한편, 질소와의 결합이 매우 약한 니켈은 질소 분자를 활성화할 수 없기 때문에 지금까지 사용되지 않았음. 연구진은 수소 분자의 활성화를 니켈 상에서, 또한 질소 분자의 활성화를 란탄 상의 질소 공공(空孔)에서 각각 실시함으로써, 매우 높은 암모니아 합성 활성을 실현함. 이는 질소 공공이라는 새로운 반응 장소를 이용하여 단독으로는 활성을 나타내지 않는 금속을 사용하여 뛰어난 암모니아 합성을 실현할 수 있는 것을 보여주는, 기존의 상식을 뒤집는 연구 성과임. 본 연구 성과는 희소·고가의 루테늄을 이용하지 않는 새로운 촉매 기술로서 암모니아 합성 프로세스의 새로운 가능성을 시사하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature’ (“Vacancy-enabled N2 activation for ammonia synthesis on an Ni-loaded catalyst”) 지에 게재됨.