在环境问题和能源问题的背景下，全球对于可再生能源的需求与日俱增。然而，当使用可再生能源时，存在不均匀分布且功率波动大的问题。该问题的一个解决方案是使用能量载体，即将能源以化学品的形式储存和运输的载体。氨，具有易处理，高能量密度，不含碳因而使用碳时不排放二氧化碳，被认为是合适的载体之一。为了使用氨作为能量载体，将氨氧化成氮分子，同时有效地将存储在氨中的化学能转化为电能的形式的催化剂氧化反应的开发正备受期待（图1）。近期，在日本科学技术振兴机构（JST）共同发表官方网页中，发布了一项关于氨氧化反应催化剂研究的最新进展。

图1：氨的氧化反应

这次课题是由东京大学工学研究院的西林仁昭教授和東邦大学的坂田健教授等人的研究小组主导，通过在钌催化剂中结合了氧化剂和碱的反应系，成功开发出了氨的催化氧化反应。（图2）此外，我们通过实验和理论计算方法研究详细的反应机理（图3），并提出通过具备钌 - 氮三重键结构的氮化物复合物的双核反应产生氮分子。其次，在该反应中，即使在使用电化学氧化反应代替氧化剂的条件下，氨也能在室温下进行催化氧化反应。这项研究的结果是将氨中储存的化学能直接转化为电能的反应，是实现“氨社会”的重要发现之一。

图2：使用钌催化剂的氨氧化反应

图3：假设的反应机制

为了使用氨作为能量载体，重要的是开发一种提取储存在氨中的化学能的方法。也就是说，有必要开发一种将氨转化为氮分子的同时提取热量和电能的方法。为此，各方正在努力研究各种方法，但到目前为止使用均相催化剂将氨转化为氮分子的反应还是第一次被提出。

在本研究组中，在被称为水氧化催化剂的钌络合物的存在下，使用三（4-溴苯基）铵基六氯锑酸作为氧化剂，2,4,6-可力丁作为碱，三氟甲磺酸铵作为氨源，在温和条件下进行催化氨氧化反应，发现产生了氮分子。

我们还研究了反应中间体的合成和特定配合物的分离，并成功合成了钌 - 氨配合物，氮化桥联双核钌络合物和氮气桥联双核钌配合物，这些都被认为是关键的中间体。通过理论计算还表明，从钌 - 氨络合物中重复逐步的单电子氧化和去质子化会生成相应的钌 - 氮化物配合物，然后生成的氮化物配合物继续双核化产生氮分子。基于这些发现，可以提出如图3所示的催化循环。

研究更表明了，即使在该反应体系中的电化学氧化反应条件下，氨的催化氧化反应也会进行。通过循环伏安法观察催化剂电流，每个催化剂分子每秒产生2.8个的氮分子，反应十分迅速。此外，证实了在直接使用氨代替铵盐的反应系统中也进行了相同的催化反应。该研究的结果对应的是氨气氧化成氮分子的同时提取电子作为电流的过程，这表明该结果适用于使用氨作为燃料的燃料电池。

本研究结果被视为将存储在氨中的化学能直接转换成电能的反应，实现“氨社会”的重要发现。此外，氨的氧化反应通过脱氮（分解氨的反应）反应形成富营养化改善环境，也可以作为对人类生命维持活动和文明活动至关重要的氨合成反应哈伯-博施法（由氮气和氢气合成氨的反应）的逆反应的反应模型。因此被认为是未来各个领域的重要基础知识。