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Q447★常温・常圧の電解アンモニア合成（eNRR）において、水溶液中ではなく「気相の水蒸気」からプロトン（H+）を触媒表面に供給するシステムを考えています。触媒（Fe-Cu-Ti系）の近傍にPTFEなどの疎水性バリアを配置し、プロトンを隣接供給することで、副反応であるHER（水素発生）よりも優先してN-H結合を形成させるという理論は、物理化学的に見て妥当でしょうか？ 考え方としては間違ってはいません。アンモニア合成では水素が必要ですが、プロトン源である水を供給しすぎると水素分子が発生してしまいます。「水素を与えすぎると水素ガスができるので、N2の近くに必要な分だけ水素を届けるようにすれば、アンモニア生成を有利にできるのではないか」という発想は、物理化学的にはかなり妥当です。アンモニアの電解合成で水の供給量を制限するためにPTFEのような疎水性材料を使用するというアイディア自体も、例えば以下のような論文で実際に研究されています。 ACS Appl. Mater. Interfaces (2021) 13 (18): 21411–21425. https://doi.org/10.1021/acsami.1c03698 水の濃縮がPTFEによりどの程度変化するかを調べるには、水蒸気吸着測定が有効です。触媒特性と水蒸気吸着特性、あるいは親水・疎水性との間に相関が見いだせれば、非常に興味深い結果になると思います。 ただし、このような触媒で重要となるのは、触媒に窒素を届きやすくしながら、必要なプロトンを少しずつ供給することです。触媒として高い機能を出すには、窒素とプロトンと電子が効率よく出会える界面を作成することが必要です。最適なプロトンの量を必要な場所に供給するためには、触媒中にどの程度の量のPTFEをどのように配置するのがいいかを、実際の研究を通して最適化していくことが重要だと思います。 -- 高1(DT) 2026/10/6