[发明专利]电子或负氢离子吸收释放材料、电子或负氢离子吸收释放性组合物、过渡金属负载物及催化剂、以及与它们相关的用途

说明书

本发明涉及使用了式Ln(HO)(式中，Ln表示镧系元素。)所示的镧系氧氢化物的电子或负氢离子吸收释放材料或者包含至少一种镧系氧氢化物的电子或负氢离子吸收释放性组合物、使过渡金属负载于它们而成的过渡金属负载物、以及包含上述过渡金属负载物的催化剂。本发明的电子或负氢离子吸收释放材料或者电子或负氢离子吸收释放性组合物具有比以往的含负氢化合物更高的电子或负氢离子吸收释放能力,通过负载过渡金属,从而能够作为具有优异的氨合成活性的催化剂等催化剂而有效地使用。

技术领域

本发明涉及电子或负氢离子吸收释放材料、电子或负氢离子吸收释放性组合物、过渡金属负载物及催化剂、以及与它们相关的用途，详细而言，涉及使用了镧系氧氢化物的电子或负氢离子吸收释放材料、含有镧系氧氢化物的电子或负氢离子吸收释放性组合物、过渡金属负载于上述的电子或负氢离子吸收释放材料或者电子或负氢离子吸收释放性组合物而成的过渡金属负载物、包含上述过渡金属负载物的催化剂(进一步来说，具有氢还原活性的催化剂、具有氨合成活性的催化剂)、镧系氧氢化物作为电子或负氢离子吸收释放材料的用途、上述过渡金属负载物作为催化剂的用途。需要说明的是，所谓“氢还原活性”，是指提高将氢气或氢化合物用作还原剂的还原反应的反应性、促进该反应的能力。

背景技术

氨合成为化学工业的基础工艺之一，使用氧化铁作为催化剂、氢氧化钾作为促进剂的哈伯-博施(Haber-Bosch)法已普及，该方法在约100年来没有大的变化。在基于哈伯-博施法的氨合成中，在300℃～500℃、20～40MPa这样的高温高压下，使氮及氢气在催化剂上反应而进行。以含有氢和氮的气体作为原料来合成氨的反应由表示，由于该反应为放热反应，因此为了使平衡向右移动，温度越低越好，又由于分子数随着反应而减少，因此为了使平衡向右移动，压力越高越好。

然而，氮分子具有非常强的氮原子间的三键，因此极度缺乏反应性，氮与氢的反应极慢。因此，开发能够将氮分子的三键切断使其活化的催化剂极为重要。哈伯等人以铁矿石为催化剂，所述铁矿石是以氧化铁为主体并包含氧化铝、氧化钾的物质。哈伯-博施法中，以氧化铁作为催化剂装填于反应装置中，但实际进行反应的是被氢还原而生成的金属铁。氧化铝不被还原而作为载体发挥作用，防止铁粒子烧结，氧化钾作为碱向铁粒子供给电子而提高催化能力。因上述作用而被称为双重促进铁催化剂。然而，即使使用该铁催化剂，于400℃以下的低温，反应速度也不充分。

在工业性现有技术中，通过天然气等的重整来制造氢，使该氢与相同设备中的大气中的氮在上述条件下反应来合成氨。就氨合成的催化剂而言，以往Fe/Fe₃O₄为主流，但近年来，也使用以活性炭作为载体的Fe/C、Ru/C催化剂。

已知通过使Ru负载于载体上，形成用于氨合成的金属催化剂粒子并使用其来进行氨合成时，反应在低压下进行，作为新一代的氨合成催化剂受到关注。然而，就Ru单独而言，催化能力非常弱，为了发挥将氮分子的三键切断、在Ru金属催化剂粒子上转化为吸附氮原子的能力，优选同时使用供电子性高的材料，可以使用由碱性材料形成的载体、碱金属、碱金属化合物、碱土金属化合物等促进剂化合物来代替Fe₃O₄、活性炭。

另一方面，就以MTiO₃(M为Ca、Ba、Mg、Sr或Pb)为代表的钙钛矿型晶体结构或层状钙钛矿型晶体结构的含钛氧化物、用Hf、Zr中的至少一种取代Ti的一部分而成的含钛氧化物等(统称为“含钛的钙钛矿型氧化物”)而言，由于具有极高的相对介电常数，因此从作为电容器材料、介电膜等设备、以及在其他钙钛矿型过渡金属氧化物的基板材料、非线性电阻器中的利用等观点考虑，一直以来在积极地进行研究。