グローバルCO_2リサイクルのための新触媒および新電極の創製

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10044118
• Research Category: Grant-in-Aid for international Scientific Research
• Section: Joint Research .
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 橋本 功二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70005859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): GOUDA Venice エジプト, 国立研究センター, 教授 ; SAYED Mousta エジプト, 国立研究センター, 教授 ; 幅崎 浩樹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50208568) ; 川嶋 朝日 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (50005964) ; 浅見 勝彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20005929)
• Keywords: 二酸化炭素リサイクル / アモルファス / ニッケル-ジルコニウム合金 / 触媒 / 水素発生電極 / 酸素発生電極 / ニッケル-モリブデン合金 / γ-MnO_2型酸化物電極

Research Abstract

アモルファスNi-Zr合金リボンを酸化還元処理して得られるジルコニア担持ニッケル触媒が二酸化炭素のメタン化反応に対して高い活性を示すのは準安定な正方晶ジルコニアの存在によることが明かとなった.そこで,この正方晶ジルコニアを安定化させる効果をもつ希土類元素のサマリウム(Sm)および,希土類元素の混合物であるミッシュメタル(Mm)を添加したアモルファスNi-Zr-Sm,Ni-Zr-Mm合金リボンを作製し触媒特性を評価した.結果,サマリウム含有触媒に大きな活性向上が見られ,これはサマリウム添加により正方品ジルコニアが安定化され,さらにこの反応の活性サイトである表面金属ニッケルの分散度が高くなった為とわかった.ミツシュメタル含有触媒においてもサマリウム含有触媒には劣るもののNi-Zr二元系合金触媒より活性の向上がみられた.
スパッター法で作製したNi-MoおよびCo-Al-Mo合金電極は水素発生反応に対して高い活性を有するが、高温濃厚NaOH中でMoの一部をあるいはAlの溶出による比表面積増大により、さらに活性は向上した。
IrO_2を被覆したTi上にアノード電着によりMoを含むMnO_2型酸化物を被覆した電極は100%の酸素発生効率を示し、塩素をまったく発生せず酸素のみの発生が可能なアノードの創製に初めて成功した。この電極は6価のマンガンを固溶したγ-MnO_2構造をとり、Mn^<4+>とMo^<6+>が電子的に相互作用を及ぼす化学的に均一なナノ結晶を形成することによって高選択性を示すことがわかった。また、Moの添加はMnO_2の塩素発生に対する活性を著しく低下させる効果があることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] K.Izumiya,E.Akiyama,H.Habazaki,N.Kumagai,A.Kawashima,K.Hashimoto: "Mn-W oxide anodes prepared by thermal decomposition for oxygen evolution in seawater electrolysis" Mater.Trans.JIM.39. 308-313 (1998)
• [Publications] A.Kawashima,T.Aihara,E.Akiyama,H.Habazaki and K.Hashimoto: "Hydrogen evolution characteristics of Ni-Mo alloy electrodes prepared by mechanical milling and sputter deposition" Advances in Materials Research. (in press).
• [Publications] T.Aihara,A.Kawashima,E.Akiyama,H.Habazaki,K.Asami and K.Hashimoto: "Hydrogen evolution characteristics of sputter-deposited Co-Mo,Co-Al and Co-Mo-Al alloy electrodes in 1 M NaOH" Mater.Trans.JIM.39. 1017-1023 (1998)
• [Publications] K.Fujimura,K.Izumiya,A.Kawashima,E.Akiyama,H.Habazaki,N.Kumagai and K.Hashimoto: "Anodically deposited manganese-molybdenum oxide anodes with high selectivity for evolving oxygen in electrolysis of seawater" J.Appl.Electrochemistry. (in press).
• [Publications] A.Kawashima,T.Sakaki,H.Habazaki and K.Hashimoto: "Ni-Mo-O Cathodes for Hydrogen Evolution in Hot Concentrated NaOH Solution" Mater.Sci.Eng. (in press).
• [Publications] K.Fujimura,T.Matsui,K.Izumiya,N.Kumagai,E.Akiyama,H.Habazaki A.Kawashima,K.Asami and K.Hashimoto: "Oxygen Evolution Anodes in Seawater Electrolysis" Mater.Sci.Eng. (in press).
• [Publications] H.Habazaki,M.Yamasaki,B.-P.Zhang,A.Kawashima,S.Kohno,T.Takai and K.Hashimoto: "Co-methanation of carbon monoxide and carbon dioxide on supported nickel and cobalt catalysts prepared from amorphous alloys" Appl.Catal.A:General.172. 131-140 (1998)
• [Publications] M.Yamasaki,M.Komori,E.Akiyama,H.Habazaki,A.Kawashima,K.Asami and K.Hashimoto: "CO_2 methanation catalysts prepared from amorphous Ni-Zr-Sm and Ni-Zr-misch metal alloy precursors" Mater.Sci.Eng.A. (in press).
• [Publications] K.Hashimoto,K.Izumiya,K.Fujimura,M.Yamasaki,E.Akiyama,H.Habazaki,A.Kawashima,M.Komori,K.Shimamura and N.Kumagai: "Global CO_2 Recycling-Novel Materials,Reduction of CO_2 Emission,and Prospect" Advances in Materials Research(in press).
• [Publications] K.Hashimoto,M.Yamasaki,K.Fujimura,T.Matsui,K.Izumiya,M.Komori,A.A.El-Moneim,E.Akiyama,H.Habazaki,N.Kumagai,A.Kawashima and K.Asami: "Novel Materials for Global CO_2 Recycling" Mater.Sci.Eng.A. (in press).