阪大,排水からアンモニアを合成する光触媒を開発

大阪大学の研究グループは,太陽光照射下,NO3–排水を原料としてNH3を合成する光触媒技術を開発した(ニュースリリース)。

NH3は化学肥料の原料として重要な化学物質であり,世界の食糧生産の根幹を担っている。また,NH3は近年,再生可能エネルギーの貯蔵・輸送を担うエネルギーキャリアとしても注目されている。しかし,従来の工業プロセス(ハーバー・ボッシュ法)によるNH3合成では,H2とN2を非常に高い温度と圧力下(450°C以上,200気圧以上)で反応させる必要があった。

NO3–は工業排水に多量に含まれる環境汚染物質。強酸性排水であるため,従来は,中和した後,微生物などによりN2へ還元することにより無害化して環境中に排出されている。すなわち,窒素資源を無駄なく循環利用するには,NO3–を有用資源に変換する必要がある。

したがって,再生可能エネルギーを用いて排水中のNO3–をNH3に変換できれば,排水の無害化・再資源化を行なうとともに,新たなNH3合成技術となる。

光触媒反応では,太陽光エネルギーにより水とNO3–からNH3を製造する(HNO3+H2O→NH3+2O2)ことが原理的には可能となっている。この反応を進行させるためには,光励起により生成したホールによる水の四電子酸化(2H2O→O2+4H++4e–)と,励起電子によるNO3–の八電子還元(NO3–+9H++8e–→ NH3+3H2O)を進める必要がある。

しかし,これらの多電子反応を進めることは難しく,これまでこの反応を進める反応系は開発されていなかった。

研究グループでは,天然に存在する鉄さびの一種であるβ-オキシ水酸化鉄(β-FeOOH(Cl))に表面酸素欠陥(OVs)を形成させたβ-FeOOH(Cl)-OVsを光触媒として用いた。触媒粉末を,塩化物イオン(Cl–)とともにNO3–排水に加えて太陽光を照射することにより,水を還元剤としてほぼ100%の選択率でNO3–をNH3に変換する光触媒技術を開発した。

研究グループは,この方針にもとづけば,排水からNH3を合成することが可能となり,排水の無害化と再資源化を行なう社会実装が期待できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 二酸化チタンの「境界」で光触媒反応が活発に

    広島大とKEKなど、二酸化チタン光触媒の反応分布を可視化 結晶界面で反応が最大に

    広島大学、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、米ブルックヘブン国立研究所の研究グループは、二酸化チタン光触媒の表面で、反応が活発に起きる場所を世界で初めて直接観察した(ニュースリリース)。異なる結晶が接する界面付近で反…

    2026.10.26
  • 千葉大など、CO₂光燃料化活性の作用機構を解明

    千葉大学と中国成都バイオガス科学研究所の研究グループは、二酸化炭素をメタンなどの燃料に変換する光触媒反応において、「光で生じた電子による反応」と「ホットスポットにおける反応」の役割を明確に識別・特定することに成功した。さ…

    2026.04.14
  • 九州大、CO2とプラスチックを太陽光で同時に有用化学品に変換する単一触媒を開発

    九州大学の研究グループは、CO2排出とプラスチック廃棄物という二つの深刻な環境問題に、単一のプロセスで同時に対処する画期的な光触媒システムを開発した(ニュースリリース)。 地球規模のCO2排出とプラスチック汚染は、最も差…

    2026.02.24
  • 東大、可視光を吸収し2ミリ秒長く発光し続ける分子状の亜鉛化合物を創出

    東京大学の研究グループは、可視光を吸収し、2ミリ秒と長く発光し続ける分子状の亜鉛化合物の合成に成功した(ニュースリリース)。 亜鉛化合物は一般に無色な物質であり、分子の中心に位置する二価の亜鉛は、可視光に対してイノセント…

    2026.02.13
  • 北里大と昭和薬科大、折れ曲がった分子構造を有する新規有機発光色素を設計・開発

    北里大学と昭和薬科大学は、チアントレンをクマリンに融合した折れ曲がった分子構造を有する新規有機発光色素(6,7-BDTC)を設計・開発した(ニュースリリース)。 クマリンは医薬・生体関連分野から光機能性材料に至るまで幅広…

    2026.02.10

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア