2016 Fiscal Year Annual Research Report
自己組織化ナノポーラス金属による革新的Ｃ１化学触媒の創出
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16H02293
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤田 武志 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (90363382)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノポーラス金属 / 触媒 / 電子顕微鏡 / メタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ドライフォーミング反応で、ナノポーラスNi(NiMn系)は650℃のドライフォーミング反応で粗大化が起こり失活してしまうが、Coを添加したところ耐熱性が改善されたが原因が分からなかった。そこで本研究では、ガス環境セルを備えた特殊な超高圧電子顕微鏡を用いることで、粗大化（劣化）過程をその場観察し、その反応時におけるナノ構造のダイナミックスについて調査した。観察後、他の分析電顕にて元素マッピングを行った所、Ni,Co,Mn部が分離していることが分かった。特にNi, Coが分かれているのはその場TEM観察したもののみで、通常の触媒試験後では見られていなかった。通常の触媒試験では、システムの安全冷却のため400℃まで制御冷却する際に20分程度の時間がかかり、その間に分離が解消されためだと考えられる。いずれにせよ、活性部のNiと不活性部のCo部が反応ガスによって分割されたことによって、Coが構造の支柱となることで粗大化を免れている可能性が示唆された。その知見を活用し、NiAl系(Al:犠牲元素)を試した際に、NiMn, NiCoMn系に比べて非常に大きな触媒活性が得られ、活性が2倍に上がり、活性開始温度も300度まで低下し、耐熱性も大きく向上することがわかった。電子顕微鏡で解析したところ、反応前はNi/AlOxの複合微細構造となっていたが、反応後ではポア部分に不活性部分であるAl酸化物が埋まっている構造になっていたために、Ni部分の粗大化が抑制されて微細構造が約20nm程度に保たれ、その結果として大きな活性が得られた。これはNiAl系でAlを完全に溶出させない条件で作製していたことが重要でると考えられる。また、ガス質量分析器(GC-Mass)を導入し、未知のガス成分の同定に対応できるようにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノポーラス金属の耐熱性を向上するために、約20種類の合金系を作製して解決の糸口をつかむことができた。これにより、不活性元素を活用するという新たな指針により、合金系の設計が容易になり、より効率的に触媒作製・評価が行えるようになったと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、ドライフォーミング反応 (CH4+CO2)による水素発生触媒やＣ２転換触媒について研究をすすめていく。高性能な触媒が見つかれば、連携研究者らと共同し、高圧・高濃度ガス環境下での反応装置を使用することでコーキング耐性などを見極めていく。
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