2018 Fiscal Year Annual Research Report
励起ガス相／水相の相界面反応場を形成する励起ガス成分組成と反応速度の解明
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18H02015
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
春山 哲也 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (30251656)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 直也 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10452822)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 相界面反応 / グリーンケミストリー / アンモニア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温、高圧の反応場を要する現行のアンモニアの工業的製法であるハーバー・ボッシュ法（HB法）に代わる新たなアンモニア合成技術、すなわち、低エネルギー型かつ小中規模で発停容易のアンモニア製造技術が確立することで、需要地生産可能な中小規模でのアンモニア生産が可能になる。
我々は、水素ガスを必要とせず、空気（窒素）と水だけを直接原料とし、窒素（気相）と水（水相）から成る異相界面を反応場として、常温・常圧の一段階反応でアンモニア合成を行う相界面反応を見出した。相界面反応は、水表面（水相）とプラズマ化した窒素（プラズマ相）における界面反応により、アンモニアを生成している。水表面に着目すると、水素結合を形成していない水分子が存在する。この水相最表面の水分子のHを、プラズマ中で励起された活性化窒素が引き抜くことで、アンモニアが生成され水中に溶存する。この反応は、水相と気相において、それぞれにアンモニア生成に寄与する活性種を多く存在させる必要がある。水相においては、これまでに紫外光を照射することで、水相でH・、OH・などの活性種を多く存在させることにより、アンモニアの生成速度が増加することを明らかにし、気相ではプラズマ中の活性化窒素種の生成量を増やす事により、アンモニアの生成量増大が期待される。そのため、我々は新たに窒素プラズマを誘電体バリア放電（Dielectric Barrier Discharge, DBD）法を構築し、それにより生成する励起窒素種の定量と、それを気相とした相界面反応によりアンモニア生成の検討を行った、放電により生成する原子状窒素は、我々が構築したＶＵＶ分光法により定量を行い、電極構成や印加電圧などによる活性種の変化からアンモニア生成反応の機序について考察を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請時研究予定の項目１は予定通りの進捗であり、今年度から着手する項目２もすでに着手できている。また、令和２年度から着手予定の項目３にもすでに着手できているので、現時点では、予定を上回る進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定の通り、「項目１：放電励起条件によるプラズマ中窒素由来成分の存在比とその相界面反応特性の解明」は、令和元年度中に完了し、並行して「項目２：放電励起した各励起種による相界面反応の解析」に注力する。予定に先んじて着手できている「項目３：放電励起窒素気相との界面で生成する水相活性種の定量と相界面反応との関係解明」も並行して進める。
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