2018 Fiscal Year Annual Research Report
Photoreduced methane production from carbon dioxide and water by the fromation of pn junction structure
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18H01746
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 一則 長岡技術科学大学, 工学研究科, 特任教授 (20143828)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡崎 正和 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (00134974)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素還元 / 光触媒材料 / メタン / ランタノイド酸化物 / 固相間反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蛍石型結晶構造をもつCeO2に同一周期元素の酸化物で同じ陽イオン電子配置をもつLa2O3を添加成分として、高温加熱による固相間反応法でX mol%La2O3-CeO2試料粒子(X-LDC)を作製した。作製試料X-LDCの結晶相および粒子形態のキャラクタリゼーションをX線回折法および電子顕微鏡観察により行った。
X-LDC試料に対して光電析法を用いてPtおよびAuをそれぞれ単体および複合担持した際の担持形態、水中溶存CO2に対する光反応に対する光触媒活性との関係、およびその反応メカニズムについて検討を行なった。X-LDC試料は、CeO2結晶格子母相に対して第２相のCe1-XLaXO2-y固溶相が存在する二相共存状態であることをX線回折測定結果から明らかにした。X-LDC試料は、さまざまなサイズの微小な一次粒子が凝集し、二次粒子として存在している形態であることを高分解能走査電子顕微鏡観察結果から明らかにした。
X-LDC試料に対して光電析法を用いてPtおよびAuを担持し、CO2に対する光還元反応でのCH4生成反応活性を検討した。X線回折測定、高分解能走査型電子顕微鏡観察、透過型電子顕微鏡観察、および局所エネルギー分散型X線検出元素分析により、X-LDC試料粒子表面に担持したPt粒子およびAu粒子の形態を明らかにした。X-LDC試料によるCO2の光還元反応活性は、Au担持試料ではH2生成が、Pt担持試料ではCH4生成がそれぞれ優位であることを見出した。AuとPtを複合担持した試料はCH4生成活性が高まると同時に反応失活の抑制効果を示した。
メタン生成反応活性は、流通反応系および閉鎖循環反応系でのいずれの実験においてもPt, Au複合担持試料は、Pt単体担持試料の場合に比べて約３倍の高い値を示した。
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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
水中に溶存する二酸化炭素に対して、これまでの光触媒材料作製法と異なる概念で作製した２相共存の不均質組織をもつ酸化セリウム系複合酸化物粒子に還元反応促進が期待できる助触媒貴金属微粒子を光電析法を用いて分散担持処理を行った試料粒子を用いた光還元反応によるメタン生成を試みた。単相組織の試料粒子では不可能であった水と二酸化炭素からのメタン生成が、助触媒金属の適切な選択と担持方法によって可能となることを本研究過程で示すことができた。
本研究実施年度においては、酸化セリウムに対してランタノイド系の金属酸化物である酸化ランタンとの組み合わせ及び助触媒金属として金及び白金に着目し、金と白金の同時担持が二酸化炭素の光還元で生成する中間体の一酸化炭素による白金粒子表面での被毒抑制効果をもたらす可能性を
以上成果は当初の研究計画段階で予想した効果の実証するものであった。一方、金及び白金の微粒子担持状態と水中溶存二酸化炭素の光還元メタン活性との関係は、高分解能走査電子顕微鏡あるいは高分解能透過電子顕微鏡と局所元素分析の高度な観察・分析手法を用いて明らかにする必要が判明し、引き続いてこの観察・分析結果と光還元メタン活性評価との関係を検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸化セリウム系複合酸化物の光触媒粒子における２相共存不均質組織の形成および助触媒貴金属微粒子の最適な分散担持処理が、本研究進捗の上で鍵となる。新たな酸化セリウム系複合酸化物としてランタノイド系酸化物以外に周期表での3dブロック遷移金属に着目し、同様の光還元メタン生成活性評価を助触媒金属微粒子の担持処理と関連して検討を進める。
金及び白金の微粒子担持状態と水中溶存二酸化炭素の光還元メタン活性との関係は、高分解能走査電子顕微鏡あるいは高分解能透過電子顕微鏡と局所元素分析の高度な観察・分析手法に加えて、酸化セリウム系複合酸化物の光触媒反応活性と半導体バンド構造との関係を分光分析手法等を用いて検討する。
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Research Products
(3 results)
