Review
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【特集】アンモニア合成の最新動向
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特集にあたって―ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法開発への挑戦―
Introduction―Challenge to Development of Ammonia Synthesis beyond the Haber-Bosch Process―
西林仁昭 (東京大学大学院)
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遷移金属窒素錯体を触媒として利用した触媒的アンモニア合成法の開発
Development of Catalytic Ammonia Synthesis Using Transition Metal-Dinitrogen Complexes as Catalysts
田辺資明 (東京大学大学院)
西林仁昭 (東京大学大学院)
ハーバー・ボッシュ法に代わる次世代型窒素固定法として, 筆者らは生物学的窒素固定酵素ニトロゲナーゼに含まれるモリブデンと鉄などの遷移金属に着目し, これらの元素を含む窒素錯体を触媒として設計・利用することで, 常温常圧という穏和な反応条件下で窒素ガスをアンモニアへと効率的に変換する触媒反応の開拓に成功した。
【目次】
1. はじめに
2. 遷移金属錯体を用いた化学量論的アンモニア合成
3. 遷移金属窒素錯体を用いた触媒的アンモニア合成
4. おわりに
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エレクトライドアンモニア合成触媒
Electride for Catalytic Ammonia Synthesis
原亨和 (東京工業大学)
Ruナノ粒子を担持した12CaO・7Al2O3エレクトライド(Ru/C12A7:e-)の触媒能とメカニズムの概略を述べる。この触媒では仕事関数が小さなC12A7:e-からRuへ強い電子供与が行われるため,窒素分子の解離が容易であり, 高いアンモニア合成能を発現できる。その他多くの点でRu/C12A7:e-は既存触媒とは異なることが明らかになってきた。
【目次】
1. はじめに
2. アンモニア生成と触媒
3. 12CaO・7Al2O3エレクトライド(C12A7:e-)
4. Ru ナノ粒子を担持したC12A7:e-(Ru/C12A7:e-)
5. C12A7:e-の水素吸蔵・放出能
6. 金属-絶縁体(Metal-Insulato(r MI))転移と触媒作用
7. おわりに
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多核チタンヒドリド錯体による窒素分子の切断と水素化
Dinitrogen Cleavage and Hydrogenation by Multimetallic Titanium Hydride Complexes
島隆則 (国立研究開発法人理化学研究所)
侯召民 (国立研究開発法人理化学研究所)
複数のチタン金属からなる多核チタンヒドリド錯体を用いて, 窒素分子を常温常圧で切断し, 窒素-水素結合を形成させることに成功した。特殊な試薬の添加を必要とせず, ヒドリド配位子が電子源, プロトン源の両方として働き, 複数の金属による協奏効果によって, 反応は達成された。本反応の詳細な反応機構や, その他の分子性ヒドリド錯体を用いた窒素分子の活性化研究についても紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 自然界および工業界での窒素分子の切断と水素化
3. 単核, 二核ヒドリド錯体
4. 三核チタンヒドリド錯体
5. 四核チタンイミドヒドリド錯体
6. おわりに
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自然界におけるアンモニア合成 (窒素固定化)の化学的理解に向けて
Toward Understanding the Biological N2 Fixation from Chemical Point of View
大木靖弘 (名古屋大学)
大気中のN2をNH3へ還元する反応は,自然界ではニトロゲナーゼと呼ばれる酵素によって触媒される。酵素を構成するタンパク質自体は巨大分子であるが, 実際に反応を担うのは,そのごく一部にあたる,金属と硫黄を多数集積したクラスターである。本稿では, 最近の研究を主に取り上げつつ, 複雑なクラスター構造と機能の関係に迫りたい。
【目次】
1. はじめに
2. ニトロゲナーゼの概要
3. [Fe4S4]クラスターとP-クラスター
4. FeMo-cofactorの構造と生成過程
5. FeMo-cofactorのどこでN2が捕捉されるのか
6. おわりに
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可視光を用いた空中窒素固定によるアンモニア合成
Ammonia Synthesis via Fixation of Atmospheric Nitrogen Using Visible Light
押切友也 (北海道大学)
上野貢生 (北海道大学)
三澤弘明 (北海道大学)
アンモニアは, 合成肥料を始めとする種々の化成品原料としてだけでなく, 最近では水素社会を実現するための水素キャリアとしても注目されている。水素ガスを用いず, 常温・常圧下, 可視光によりプロトンと空中窒素からアンモニアを生成する人工光合成について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 局在表面プラズモンを用いた光アンテナ機能
3. プラズモン誘起アンモニア合成
4. おわりに
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水と窒素からの常圧アンモニア電解合成
Electrolytic Synthesis of Ammonia from Nitrogen and Water under Atmospheric Pressure
伊藤靖彦 (アイ’エムセップ(株))
溶融塩を用いて水と窒素から常圧下で直接アンモニアを電解合成する新規なプロセスを提案し, これを具現化するための2種類の電解槽方式を取り上げて, それぞれの原理と特徴, 研究開発の現状, および今後の展望について述べる。また, この電解合成法の提案に至るまでに蓄積されてきていた経験や知見の一端についても説明する。
【目次】
1. はじめに
2. 水と窒素からの常圧アンモニア電解合成
2.1 基本形電解槽
2.1.1 原理
2.1.2 研究開発の現状
2.2 発展形電解槽
2.2.1 原理
2.2.2 研究開発の現状
3. 今後の展望
4. おわりに
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[マーケット情報]
触媒工業の市場動向
2014年の国内における触媒工業市場は, 3 大用途の石油精製用,石油化学品製造用, 自動車排気ガス浄化用が総じて好調であったことなどから, 生産数量, 出荷量, 出荷金額ともに前年を上回った。特に出荷金額は全体として10%前後の伸びを示しており, 金額ベースではリーマンショック後最高額となった。しかしながら長期的にみると国内市場は先細り傾向にあるとされている。メーカー各社は高付加価値製品を強化するとともに, 今後需要拡大が期待される海外への展開を積極的に行っている。
2014年6月に経済産業省から発表された「水素・燃料電池戦略ロードマップ」が注目を集めている。燃料電池用触媒や水素製造プロセス用触媒など,水素社会の実現において触媒は欠かせない要素であり,今後の研究開発に大きな期待が寄せられている。
【目次】
1. 業界概要
2. 市場動向
2.1 石油精製用
2.2 石油化学製品製造用
2.3 高分子重合用
2.4 油脂加工・医薬・食品製造用
2.5 自動車排ガス浄化用
2.6 その他の環境保全用
3. 輸出入動向
4. 需要
5. 企業・技術動向
5.1 日本触媒
5.2 日揮触媒化成
5.3 エボニック ジャパン
5.4 エヌ・イー ケムキャット
5.5 クラリアント触媒
5.6 ジョンソンマッセイ
5.7 アルベマール
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[ケミカルプロフィル]
炭化ケイ素 (Silicon carbide)
モリブデン酸アンモニウム (Ammonium molybdate)
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第27 回化学経営研究会「超高感度・高精度分析を身近にする最先端テクノロジー」に参加して
【目次】
1. はじめに
2. 講演概要
第1部「ダイヤモンドスピンセンサーを用いたナノ磁場・温度計測と応用」
北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究課 准教授 安東秀 氏
第2部「液体電極プラズマを用いた装置組込可能なプラズマ発光式元素分析手法」
マイクロエミッション 代表取締役社長 山本保 氏
第3部「高感度発光測定を利用した有機材料の初期の酸化劣化測定」
東北電子産業(株) 京都支店長 佐藤哲 氏
第4 部「日常医療のためのキャビタス (体腔)センサ,生体由来ガス用センサ&探嗅カメラ」
東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授 三林浩二 氏
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[ニュースダイジェスト]
・海外編
・国内編
【特集】アンモニア合成の最新動向
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特集にあたって―ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法開発への挑戦―
Introduction―Challenge to Development of Ammonia Synthesis beyond the Haber-Bosch Process―
西林仁昭 (東京大学大学院)
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遷移金属窒素錯体を触媒として利用した触媒的アンモニア合成法の開発
Development of Catalytic Ammonia Synthesis Using Transition Metal-Dinitrogen Complexes as Catalysts
田辺資明 (東京大学大学院)
西林仁昭 (東京大学大学院)
ハーバー・ボッシュ法に代わる次世代型窒素固定法として, 筆者らは生物学的窒素固定酵素ニトロゲナーゼに含まれるモリブデンと鉄などの遷移金属に着目し, これらの元素を含む窒素錯体を触媒として設計・利用することで, 常温常圧という穏和な反応条件下で窒素ガスをアンモニアへと効率的に変換する触媒反応の開拓に成功した。
【目次】
1. はじめに
2. 遷移金属錯体を用いた化学量論的アンモニア合成
3. 遷移金属窒素錯体を用いた触媒的アンモニア合成
4. おわりに
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エレクトライドアンモニア合成触媒
Electride for Catalytic Ammonia Synthesis
原亨和 (東京工業大学)
Ruナノ粒子を担持した12CaO・7Al2O3エレクトライド(Ru/C12A7:e-)の触媒能とメカニズムの概略を述べる。この触媒では仕事関数が小さなC12A7:e-からRuへ強い電子供与が行われるため,窒素分子の解離が容易であり, 高いアンモニア合成能を発現できる。その他多くの点でRu/C12A7:e-は既存触媒とは異なることが明らかになってきた。
【目次】
1. はじめに
2. アンモニア生成と触媒
3. 12CaO・7Al2O3エレクトライド(C12A7:e-)
4. Ru ナノ粒子を担持したC12A7:e-(Ru/C12A7:e-)
5. C12A7:e-の水素吸蔵・放出能
6. 金属-絶縁体(Metal-Insulato(r MI))転移と触媒作用
7. おわりに
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多核チタンヒドリド錯体による窒素分子の切断と水素化
Dinitrogen Cleavage and Hydrogenation by Multimetallic Titanium Hydride Complexes
島隆則 (国立研究開発法人理化学研究所)
侯召民 (国立研究開発法人理化学研究所)
複数のチタン金属からなる多核チタンヒドリド錯体を用いて, 窒素分子を常温常圧で切断し, 窒素-水素結合を形成させることに成功した。特殊な試薬の添加を必要とせず, ヒドリド配位子が電子源, プロトン源の両方として働き, 複数の金属による協奏効果によって, 反応は達成された。本反応の詳細な反応機構や, その他の分子性ヒドリド錯体を用いた窒素分子の活性化研究についても紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 自然界および工業界での窒素分子の切断と水素化
3. 単核, 二核ヒドリド錯体
4. 三核チタンヒドリド錯体
5. 四核チタンイミドヒドリド錯体
6. おわりに
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自然界におけるアンモニア合成 (窒素固定化)の化学的理解に向けて
Toward Understanding the Biological N2 Fixation from Chemical Point of View
大木靖弘 (名古屋大学)
大気中のN2をNH3へ還元する反応は,自然界ではニトロゲナーゼと呼ばれる酵素によって触媒される。酵素を構成するタンパク質自体は巨大分子であるが, 実際に反応を担うのは,そのごく一部にあたる,金属と硫黄を多数集積したクラスターである。本稿では, 最近の研究を主に取り上げつつ, 複雑なクラスター構造と機能の関係に迫りたい。
【目次】
1. はじめに
2. ニトロゲナーゼの概要
3. [Fe4S4]クラスターとP-クラスター
4. FeMo-cofactorの構造と生成過程
5. FeMo-cofactorのどこでN2が捕捉されるのか
6. おわりに
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可視光を用いた空中窒素固定によるアンモニア合成
Ammonia Synthesis via Fixation of Atmospheric Nitrogen Using Visible Light
押切友也 (北海道大学)
上野貢生 (北海道大学)
三澤弘明 (北海道大学)
アンモニアは, 合成肥料を始めとする種々の化成品原料としてだけでなく, 最近では水素社会を実現するための水素キャリアとしても注目されている。水素ガスを用いず, 常温・常圧下, 可視光によりプロトンと空中窒素からアンモニアを生成する人工光合成について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 局在表面プラズモンを用いた光アンテナ機能
3. プラズモン誘起アンモニア合成
4. おわりに
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水と窒素からの常圧アンモニア電解合成
Electrolytic Synthesis of Ammonia from Nitrogen and Water under Atmospheric Pressure
伊藤靖彦 (アイ’エムセップ(株))
溶融塩を用いて水と窒素から常圧下で直接アンモニアを電解合成する新規なプロセスを提案し, これを具現化するための2種類の電解槽方式を取り上げて, それぞれの原理と特徴, 研究開発の現状, および今後の展望について述べる。また, この電解合成法の提案に至るまでに蓄積されてきていた経験や知見の一端についても説明する。
【目次】
1. はじめに
2. 水と窒素からの常圧アンモニア電解合成
2.1 基本形電解槽
2.1.1 原理
2.1.2 研究開発の現状
2.2 発展形電解槽
2.2.1 原理
2.2.2 研究開発の現状
3. 今後の展望
4. おわりに
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[マーケット情報]
触媒工業の市場動向
2014年の国内における触媒工業市場は, 3 大用途の石油精製用,石油化学品製造用, 自動車排気ガス浄化用が総じて好調であったことなどから, 生産数量, 出荷量, 出荷金額ともに前年を上回った。特に出荷金額は全体として10%前後の伸びを示しており, 金額ベースではリーマンショック後最高額となった。しかしながら長期的にみると国内市場は先細り傾向にあるとされている。メーカー各社は高付加価値製品を強化するとともに, 今後需要拡大が期待される海外への展開を積極的に行っている。
2014年6月に経済産業省から発表された「水素・燃料電池戦略ロードマップ」が注目を集めている。燃料電池用触媒や水素製造プロセス用触媒など,水素社会の実現において触媒は欠かせない要素であり,今後の研究開発に大きな期待が寄せられている。
【目次】
1. 業界概要
2. 市場動向
2.1 石油精製用
2.2 石油化学製品製造用
2.3 高分子重合用
2.4 油脂加工・医薬・食品製造用
2.5 自動車排ガス浄化用
2.6 その他の環境保全用
3. 輸出入動向
4. 需要
5. 企業・技術動向
5.1 日本触媒
5.2 日揮触媒化成
5.3 エボニック ジャパン
5.4 エヌ・イー ケムキャット
5.5 クラリアント触媒
5.6 ジョンソンマッセイ
5.7 アルベマール
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[ケミカルプロフィル]
炭化ケイ素 (Silicon carbide)
モリブデン酸アンモニウム (Ammonium molybdate)
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第27 回化学経営研究会「超高感度・高精度分析を身近にする最先端テクノロジー」に参加して
【目次】
1. はじめに
2. 講演概要
第1部「ダイヤモンドスピンセンサーを用いたナノ磁場・温度計測と応用」
北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究課 准教授 安東秀 氏
第2部「液体電極プラズマを用いた装置組込可能なプラズマ発光式元素分析手法」
マイクロエミッション 代表取締役社長 山本保 氏
第3部「高感度発光測定を利用した有機材料の初期の酸化劣化測定」
東北電子産業(株) 京都支店長 佐藤哲 氏
第4 部「日常医療のためのキャビタス (体腔)センサ,生体由来ガス用センサ&探嗅カメラ」
東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授 三林浩二 氏
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[ニュースダイジェスト]
・海外編
・国内編
