大阪大学産業科学研究所の片山祐准教授らの研究グループは、英国インペリアルカレッジロンドンとの共同研究により、環境負荷の少ないアンモニア合成技術に関する新知見を発表した。――肥料製造に不可欠なアンモニアは、従来「ハーバー・ボッシュ法」により高温・高圧下で合成されてきたが、同法は化石燃料依存とCO2排出量の多さが課題とされている。
本研究では、リチウム金属を媒介とする常温・常圧での窒素―アンモニア変換反応に着目し、反応の鍵となる固体電解質界面（SEI）の構造と性能の関係を世界で初めて明確化した。SEIは電極表面に形成される薄膜であり、反応選択性や効率に大きく影響するが、その形成過程は未解明な点が多かった。――研究グループは、in situ赤外分光法と低温走査電子顕微鏡（cryo-SEM）を用いてSEI形成を直接観察し、電解液中のエタノールと水の配分がSEI構造に決定的な影響を与えることを突き止めた。エタノールの分解物であるリチウムエトキシドが初期成分となり、水との反応により多層構造のSEIが形成される。この構造が窒素の透過性を高め、変換効率を向上させることが確認された。
片山准教授は、電解液の組成が反応場としてのSEI構造に明確な変化をもたらすことを初めて示したと述べ、今後は電解液設計によって理想的なSEIを形成し、クリーンなアンモニア合成の実現を目指すという（掲載誌：Energy & Environmental Science）。