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メタンと水からの光触媒的水素製造

Research Project

Project/Area Number 16686045
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Catalyst/Resource chemical process
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

吉田 寿雄  名古屋大学, エコトピア科学研究所, 助教授 (80273267)

Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥30,290,000 (Direct Cost: ¥23,300,000、Indirect Cost: ¥6,990,000)
Fiscal Year 2006: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2005: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2004: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
Keywords光触媒 / 水素 / メタン / 水蒸気改質反応 / XAFS / 水 / 中間体 / 酸化チタン / セリウム / メソポーラスマテリアル
Research Abstract

近年、半導体光触媒を用いた高効率な水の完全分解(H_2O→H_2+1/2O_2)を目指した研究が盛んであり、様々なタイプの光触媒が見出されてきた。またアルコールや炭化水素が共存するとそれらが犠牲剤となって水素が発生すること(H_2O+CH_3OH→3H_2+CO_2)もよく知られている。
メタンガスは比較的豊富な炭化水素資源でありH/C比が高いこともあり有望な水素源としても注目されている。われわれは最近、流通系光触媒反応装置にて水とメタンの反応を試みたところ、水素と二酸化炭素が4:1で生成する常温メタン水蒸気改質反応が進行することを確認した(CH_4+2H_2O→4H_2+CO_2)。この反応が理想どおり進行すれば1分子のメタンから4分子の水素が得られることになり、水素製造の物質的効率は高い。本研究では水とメタンから光触媒的に効率よく水素を得ることを目標として、本反応のための高効率光触媒の探索・開発を行い、活性の高い光触媒については、最適条件を検討し、同時に反応スキーム・反応機構を検討し、実用に向けての課題を明らかにし、触媒設計指針を得ることを目的とした。これらのうち本年度は,これまで本光触媒反応に対して最も活性の高かったランタンドープタンタル酸ナトリウム光触媒に関して,活性を著しく向上させるドーパントについて詳細をXAFS等を用いて検討した.
ドーパントには,置換されるナトリウムによく似たイオン半径を持ち,かつ価数の大きなカチオンであるランタンが最も効果的であった.ドープ率を変化させると,ドープ率が十分に小さな場合にはランタンはナトリウムに置換した形で存在し,ドープ率とともに活性が向上するが,ドープ率が2%を超えると酸化ランタンに近い局所構造・電子構造をもつランタン種が形成されるようになり,それ以上の活性の向上は見られないことが明らかとなった.

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2007 2006 2005 2004

All Journal Article (6 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Photocatalytic steam reforming of methane over platinum-loaded semiconductors for hydrogen production2007

    • Author(s)
      H.Yoshida, S.Kato, K.Hirao, J.Nishimoto, T.Hattori
    • Journal Title

      Chemistry Letters 36

      Pages: 430-431

    • NAID

      10018829880

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoactive sites on pure silica materials for non-oxidative direct methane coupling2006

    • Author(s)
      L.Yuliati, M.Tsubota, A.Satsuma, H.Itoh, H.Yoshida
    • Journal Title

      J.Catal. 238

      Pages: 214-220

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Active sites of silica-based quantum photocatalysts for non-oxidative reactions2005

    • Author(s)
      H.Yoshida
    • Journal Title

      Catalysis Surveys from Asia 9

      Pages: 1-9

    • Related Report
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  • [Journal Article] Highly dispersed magnesium oxide species on silica as photoactive sites for photoinduced direct methane coupling and photoluminescence2005

    • Author(s)
      L.Yuliati, T.Hattori, H.Yoshida
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys. 7

      Pages: 195-201

    • Related Report
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  • [Journal Article] Novel zirconium-titanium phosphates mesoporous materials for hydrogen production by photo-induced water splitting2005

    • Author(s)
      M.P.Kapoor, S.Inagaki, H.Yoshida.
    • Journal Title

      J.Phys.Chem. 109

      Pages: 92131-9238

    • Related Report
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    • Author(s)
      L.Yuliati, T.Hamajima, T.Hattori, H.Yoshida
    • Journal Title

      Chem.Commun.,

      Pages: 4824-4826

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Book] 化学工学の進歩40,進化する反応工学-持続可能社会に向けて2006

    • Author(s)
      吉田 寿雄(分担執筆)
    • Total Pages
      191
    • Publisher
      槇書店
    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光触媒と,これを用いる水素ガス製造方法2004

    • Inventor(s)
      吉田寿雄, 服部忠, 西本純一, 平尾和久
    • Industrial Property Rights Holder
      独立行政法人 科学技術振興事業団
    • Filing Date
      2004-02-18
    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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