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东京大学大学院工学系研究科の西林仁昭教授らの研究グループは、化学反応中に壊れにくいように设计した窒素分子を持つ新しいモリブデン窒素错体を?合成し、この错体を触媒として用いて常温常圧の窒素ガスを直接アンモニアへと効率的に変换することに成功しました。本触媒は、これまでに报告されているモリブデン错体の活性を超える活性を记録しました。

窒素は、タンパク質などに含まれる生命にとって必須の元素です。窒素原子は大気中に窒素ガスとして豊富に存在しますが、窒素ガスは非常に反応しにくく直接窒素源として利用することができません。したがって、現在窒素源として窒素ガスからアンモニアが工業的に生産されています（ハーバー?ボッシュ法）。この人工的な窒素固定法では高温?高圧（400–600 ℃、100–200気圧）の条件で窒素ガスと水素ガスからアンモニアが合成されており、大量のエネルギーを必要とします。この方法に代わりうる温和な条件でのアンモニア合成法もこれまで報告されていますが、触媒が分解しやすく活性が低いことが問題でした。

今回、本研究グループは、九州大学先导物质化学研究所の吉泽一成教授らのグループとともに、新しいモリブデン窒素错体を设计して、合成することに成功しました。具体的には、金属原子と强く结合して触媒が分解しにくくなるような构造をもつようモリブデン窒素错体を设计し、この错体の合成に成功しました。この错体を触媒として用いて、常圧の窒素ガスを还元剤およびプロトン源と室温で反応させると、アンモニアが生成されました。本モリブデン窒素触媒はこれまでに报告されてきたモリブデン窒素错体と比べて期待通り触媒としての寿命が长く、さらにアンモニア合成速度も大幅に向上していました。また、本触媒1分子は窒素ガスから最大で230分子のアンモニアを合成することができ、この记録は世界最高の触媒活性です。

今回开発しモリブデン窒素错体は、潜在能力の高い次世代型の窒素固定法の开発を推し进めるために重要であり、省エネルギープロセス开発に向けて大いに期待できる研究成果です。

「大学院生の永泽彩さんをはじめとする私たちの研究グループは、アンモニア合成反応に高い活性を示すように设计したモリブデン窒素错体を用いることで、温和な条件で窒素ガスから効率よくアンモニアを合成することができました」と西林教授は话します。「そのモリブデン窒素错体が设计通りに高い触媒活性を示すことがわかった时は感激しました。永泽さんらの尽力无くては达成できなかったものです」と続けます。
 

论文情报

Aya Eizawa, Kazuya Arashiba, Hiromasa Tanaka, Shogo Kuriyama, Yuki Matsuo, Kazunari Nakajima, Kazunari Yoshizawa, Yoshiaki Nishibayashi, "Remarkable catalytic activity of dinitrogen-bridged dimolybdenum complexes bearing NHC-based PCP-pincer ligands toward nitrogen fixation", Nature Communications Online Edition: 2017/04/04 (Japan time), doi:10.1038/ncomms14874.
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