固体酸化物の格子酸素と金属の協奏機能をもつ水素製造用触媒に関する研究

• Project/Area Number: 20037062
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 松方 正彦 Waseda University, 理工学術院, 教授 (00219411)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2008: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 触媒反応 / 触媒調製化学 / 触媒機能解析 / エネルギー変換プロセス / 化石燃料有効利用技術

Research Abstract

再生可能な資源であるバイオマスのエネルギー転換方法は様々あるが、ガス化に伴い生成し装置閉塞を引き起こすタール(主要構造のうち芳香族炭化水素)と蒸留濃縮によるエネルギーロスが問題となっている発酵エタノールに注目した。一方で水素はアンモニア合成、石油精製での大需要に加え燃料電池のエネルギー源として期待される重要な分子であり、その水素は芳香族炭化水素(トルエン)やエタノールの水蒸気改質反応によって得ることができるが、活性・選択性・安定性が十分といえる触媒は現状開発されていない。そこで我々はこの反応の触媒の開発を目的とし、研究を行ってきた。
トルエン水蒸気改質は高選択性かつ安価なニッケル触媒が有望であるが、炭素析出の抑制が課題となる。そこで触媒担体にペロブスカイト型酸化物を適用することで格子酸素の反応への寄与を期待し、調製・改良を進めてきた。その結果見出したNi/La0.7Sr0.3Al0x触媒は参照用触媒のNi/g-Al203に比べトルエン転化率約2倍、炭素析出量およそ1/4という優れた性能を示した。
エタノール水蒸気改質では反応中間体であるアセトアルデヒドを分解することなく改質する選択性が求められることを明らかにし、更にCo/SrTi03やCo/a-Al203触媒への様々な金属添加を試みた結果、鉄の微量添加が改質の促進および分解の抑制に非常に有効であることを見出した。Fe/Co触媒のSTEMおよびEDX分析により、FeはCo粒子内あるいは粒子表面に選択的に存在することを確認し、Fe/Coが同一担体上に担持されたときにのみ選択性に変化を及ぼすことも示され、FeとCoはシナジー効果を発現していることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Steam reforming of ethanol over cobalt catalyst modified with small amount of iron (2009)
  • Author(s): Y Sekine, A.Kazama, Y.Izutsu, M.Matsukata, E.Kikuchi
  • Journal Title: Catalysis Letters 132 Pages: 329-334
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synergistic effect of Pt or Pd and perovskite oxide for water gas shift reaction (2009)
  • Author(s): Y. Sekine, H. Takamatsu, M. Matsukata, E. Kikuchi, et.al.
  • Journal Title: Appl. Catal. A., Gen 352 Pages: 214-222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Steam reforming of ethanol over Co/Lal-xSrxB03 (B=Al, Cr, Mn, Fe) catalysts : (2009)
  • Author(s): K. Urasaki, Y. Fukuda, Y. Sekine, M. Matsukata, E. Kikuchi
  • Journal Title: J. Jpn. Petrol. Inst 51 Pages: 83-87
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] roduction of Hydrogen by Steam Reforming of Ethanol over Cobalt and Nickel Catalysts Supported on Perc vskite-type Oxides (2008)
  • Author(s): K. Urasaki, K. Tokunaga, Y. Sekine, M. Matsukata, E. Kikuchi
  • Journal Title: Catal. Commun 9 Pages: 600-604
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High performance of Fe-K oxide catalysts for dehydrogenation of ethylbenzene to styrene with an aid of ppm-order Pd (2008)
  • Author(s): Y. Sekine, R. Watanabe, M. Matsukata, E. Kikuchi
  • Journal Title: Catal. Lett 125 Pages: 215-219
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fe/Co/a-Al203触媒によるエタノール水蒸気改質 (2010)
  • Author(s): 井筒義行・関根泰・風間淳・松方正彦・菊地英一
  • Organizer: 触媒学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2010-03-25
• [Presentation] Ni/ペロブスカイト触媒を用いたトルエンの水蒸気改質反応 (2010)
  • Author(s): 関根泰・関口慶・井筒義行・松方正彦・菊地英一
  • Organizer: 触媒学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2010-03-25
• [Presentation] Hydrogen production by steam reforming of ethanol over supported iron-cobalt catalyst (2010)
  • Author(s): Y.Izutsu, Y.Sekine, A.Kazama, M.Matsukata, E.Kikuchi
  • Organizer: ACS National Meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコ(アメリカ)
  • Year and Date: 2010-03-21
• [Presentation] Effects of Fe loading on Co-based catalysts on steam reforming of ethanol (2009)
  • Author(s): Y.Sekine, A.Kazama, M.Matsukata, E.Kikuchi
  • Organizer: Japan-Koroa Symposium on Catalysis
  • Place of Presentation: 秋田
  • Year and Date: 2009-10-15
• [Presentation] Selective hydrogen production by steam reforming of toluene over Ni/(LaSr)AlOx catalyst (2009)
  • Author(s): Y.Izutsu, Y.Sekine, K.Sekiguchi, H.Arai, M.Matsukata, E.Kikuchi
  • Organizer: Japan-Korea Symposium on Catalysis
  • Place of Presentation: 秋田
  • Year and Date: 2009-10-15
• [Presentation] エタノール水蒸気改質におけるCo系触媒へのFe添加効果 (2009)
  • Author(s): 関根泰・井筒義行・風間淳・松方正彦・菊地英一
  • Organizer: 触媒学会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-09-29
• [Presentation] 担持ニッケル触媒を用いたトルエン水蒸気改質 (2009)
  • Author(s): 関根泰・原口将征・富岡真彦・松方正彦・菊地英一
  • Organizer: 触媒学会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-09-28
• [Presentation] Steam reforming of ethanol over supported cobalt catalyst (2009)
  • Author(s): Y.Sekine, Y.Izutsu, A.Kazama, M.Matsukata, E.Kikuchi
  • Organizer: EuropaCatlX
  • Place of Presentation: サラマンカ(スペイン)
  • Year and Date: 2009-08-28
• [Presentation] Steam reforming of ethanol over supported cobalt catalyst (2009)
  • Author(s): Y.Sekine, Y.Izutsu, A.Kazama, M.Matsukata, E.Kikuchi
  • Organizer: ACS National Meeting
  • Place of Presentation: ワシントンDC(アメリカ)
  • Year and Date: 2009-08-21
• [Presentation] Ni担持触媒を用いたメタンのオートサーマルリフォーミングにおける担体の効果 (2009)
  • Author(s): 関根泰・長川健人・松山淳也.松方正彦・菊地英一
  • Organizer: 石油学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-05-20
• [Presentation] エタノール水蒸気改質におけるGo系触媒へのFe添加効果 (2009)
  • Author(s): 関根泰・風間淳・黒川風見人・松方正彦・菊地英一
  • Organizer: 石油学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-05-20
• [Presentation] Ni担持触媒を用いたメタンのオートサーマルリフォーミングにおける担体の効果 (2009)
  • Author(s): 関根泰、長川健人、松山淳哉、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第103回討論会
  • Place of Presentation: 埼玉大学
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] エタノール水蒸気改質におけるCo系触媒へのFe添加効果 (2009)
  • Author(s): 関根泰、風間淳、山城庸平、黒川風見人、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第103回討論会
  • Place of Presentation: 埼玉大学
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] 低温水性ガスシフト反応における新規触媒の開発 (2009)
  • Author(s): 関根泰、千原崇弘、高松遥、坂本裕貴、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第103回討論会
  • Place of Presentation: 埼玉大学
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] Pt, Pd担持ペロブスカイト型酸化物を用いた水性ガスシフト反応用触媒 (2009)
  • Author(s): 関根泰、高松遥、千原崇弘、坂本裕貴、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第103回討論会
  • Place of Presentation: 埼玉大学
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] Coke free catalyst for steam reforming of heavy naptha (2008)
  • Author(s): Y. Sek i ne, H. Arai, M. Matsukata, E. K ikuchi
  • Organizer: JPIJS Autumn International Poster Session
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2008-11-06
• [Presentation] エタノール水蒸気改質におけるペロブスカイト担持Co触媒へのFeの添加効果 (2008)
  • Author(s): 関根泰、風間淳、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-09-26
• [Presentation] 灯軽油の水蒸気改質による水素製造のための触媒開発 (2008)
  • Author(s): 関根泰、新井博久、干原崇弘、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] Pt/perovskiteによるメタン水蒸気改質の酸素同位体を用いた反応機構解析 (2008)
  • Author(s): 関根泰、井筒義行、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] ペロブスカイト型酸化物を担体とした水性ガスシフト反応用触媒 (2008)
  • Author(s): 関根泰、高松遥、荒巻翔、松方正彦、菊地英一
  • Organizer: 触媒学会第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] Studies on the mechanism of steam reforming of methane over Pt or Pd/perovskite catalyst (2008)
  • Author(s): Y. Sekine, Y. Izutsu, K. Ishii, K. Ura saki, M. Matsukata, E. Kikuchi
  • Organizer: 14th Iinternational Congress on Catalysis
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2008-07-15
• [Presentation] Catalysts supported on perovskite type oxide for water gas shift reaction (2008)
  • Author(s): Y. Sekine, H. Takamatsu, M. Takada, M. Matsukata, E. Kikuchi., et.al.
  • Organizer: 14th International Congress on Catalysis
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2008-07-15