首都大学東京の科学者らが、酸化銅触媒が反応中にどのように変化してアンモニア収率を劇的に向上させるかを明らかにした。電化学的硝酸塩還元におけるこの画期的な進展は、エネルギー集約型のハーバー・ボッシュ法に対するよりクリーンな代替手段につながる可能性がある。知見は、周囲条件での効率を高める重要な金属銅形成を強調している。
肥料や世界の農業に不可欠なアンモニアは、伝統的に高温・高圧を要するハーバー・ボッシュ法により生産されており、膨大なエネルギーを消費し、世界全体の二酸化炭素排出量の約1.4%に寄与している。持続可能な選択肢を求めて、首都大学東京の天野文昭教授率いるチームは、室温・常圧で硝酸塩からアンモニアを生成する電化学的硝酸塩還元反応を探求した。
高度なoperando X線吸収技法を用いて、研究者らは酸化銅粒子を炭素繊維に付着させ、電解液溶液に様々な電圧を印加した。最初に正電圧下では、硝酸イオンが触媒表面に結合して表面を不活性化し、亜硝酸イオンの形成を促進しつつ金属銅への変換を防いだ。電圧がより負にシフトすると、銅-銅結合の増加を示す金属銅粒子が出現し、アンモニア生産の急激な上昇と一致した。
この金属銅は亜硝酸イオンへの水素付加を促進し、反応をアンモニア方向へ駆動する。研究は、表面不活性化と原位銅形成がこのプロセスにおける触媒性能に決定的であることを示している。2025年にChemSusChemに掲載されたRizki Marcony Surya、Surya Pratap Singh、Kosuke Beppu、Fumiaki Amanoらの研究（DOI: 10.1002/cssc.202501785）は、より効率的な電化学触媒の設計戦略を提案し、アンモニア合成の環境負荷低減とグリーンな工業化学を支援する可能性がある。