水素注入酸化物セラミックスの常温空気水蒸気接触による水素ガス放出の持続機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14658139
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 森田 健治 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10023144)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八木 伸也 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20284226) ; 曽田 一雄 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70154705)
• Keywords: 常温水素ガス生成 / 水素ガス発生触媒 / 水素注入 / 酸化物セラミックス / イオンビーム分析法 / 水素同位体置換 / ペロブスカイト結晶 / 原子トンネル効果

Research Abstract

本研究の目的は、偶然見付けたSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-δ>における速いD-H置換から着想した水素注入酸化物セラミックスの常温空気暴露による水素ガス放出の持続性とそれに関与する因子、放出効率に関与する因子、放出効率の向上に関与する因子を明らかにし、水素生成概念に新しい展開をもたらし、環境負荷のない水素エネルギー源の開発に資すことである。
本年度はまず水素ガス放出の機構解明を目的に、水分子が水素注入セラミックス表面で分解されて、バルク内で水素ガスが生成されるモデルを提案した。そのモデルはCeイオンと置換されたYbイオンおよびその電荷を補償する酸素空格子が表面に存在し、表面に物理吸着した分極水分子が負に帯電したYbイオンと又正に帯電した酸素空格子とのクーロン相互作用により水分子の分解に必要なエネルギーが発生することを提案している。又、水分子の分解により一旦消失したYbイオンの負電荷は侵入水素イオンが内部に拡散することにより回復し、又酸素空格子のアクセプターは価電子帯への正孔の熱的活性化により回復することにより、水素生成反応が持続することを提案している。
このモデルに基づき、Ceイオンの置換量を多くしたBaCe_<0.85>Y_<0.20>O_<3-δ>試料を用いて測定したD-H置換速度はSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-δ>のそれより10倍速いことが観測された。このことは提案モデルの妥当性を示唆していると結論される。又水素ガス放出の持続性に関して、SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-δ>では約9ヶ月間の水素ガス放出が認められている。今後更に測定を継続する予定である。

Research Products

• [Publications] 森田健治: "Creation of Hydrogen Gas, Emitting Function in Proton Conducting Oxide Ceramics by Hydrogen Implantation"Nuclear Instrument and Methods B. (印刷中). (2003)
• [Publications] 森田健治: "Production of Hydrogen Gas from Hydrogen Implanted Oxide Ceramics by Exposure to Water Vapour at Room Temperature"Proc. 8th Japan-Russia International Symposium on Interaction of Fast Charged Particles with Solids. 52-59 (2003)