2018 Fiscal Year Research-status Report
Precise control plasma-catalyst interaction
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18K18754
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90315127)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ / 触媒 / CO2メタン化 / 任意波形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
材料分子の分解状態・励起状態をプラズマで制御しこれを触媒と反応させることで従来にない低活性化エネルギー・高スループット反応を実現する『精密制御プラズマ・触媒反応場』の創成をCO2メタン化を対象に行うことを目的とした本研究では、（１）プラズマ・触媒反応プロセス解明、（２）励起・解離分子と触媒との反応による生成物の同定・定量、（３）「非平衡プラズマ・触媒協働反応場」の創成について２年間の研究期間で検討する。
初年度であるH３０年度は、メタン生成を抑制する要因について検討しメタン生成を促進するためのパラメータを明確にした。先ず律速段階の同定をを行い、放電開始直後では、プラズマ中の反応である気相反応律速であること、その後触媒反応である表面反応律速に移ることを明らかにした。放電電力依存性、ガス流速依存性、触媒温度依存性などの評価から、気相反応律速の場合、ガス流速つまりガス滞在時間が最重要なパラメータであり、その他、電子密度、電子温度、１モルあたりの投入エネルギーが重要であること、表面反応律速の場合、ガス滞在時間と触媒温度が重要パラメータであることを明らかにした。しかしながら現状ではメタン生成効率が低いため、各領域のキーパラメータを踏まえた装置が重要であることが明らかになった。
加えてプラズマの積極的な制御のため、任意波形を用いた放電生成の検討をはじめ、任意波形が出力可能な波形生成装置を用いて放電生成に成功した。
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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
今年度、（１）プラズマ・触媒反応プロセス解明、（２）励起・解離分子と触媒との反応による生成物の同定・定量を実施した。
プロセス中のCO2、CH4、H2O生成を計測しつつ各プロセスパラメータの影響について検討することで（研究項目２の実施）、CO2メタン化プロセス中の律速段階の同定に成功したこと、それぞれの律速段階における重要パラメータを明らかにしたことは（研究項目１の実施）、プロセスの解明に資するものであるとともにプロセスの高効率化に重要な示唆をあたえるものであり評価できる。以上より概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の検討により、プロセス機構の解明が進んでいるが、メタンの生成効率は数％台と低い。この原因として、プロセス容器のデッドスペースが大きいために材料ガスが有効にプラズマや触媒に接していないという問題がある。
H３１年度は、まず、触媒温度の制御が容易な、ガス滞在時間・触媒表面積を増加させた反応容器の製作する。製作した装置を用いて、生成分子の組成に対する各放電パラメータ依存性を明らかにして、プロセス機構解明とともにメタン生成効率の向上を目指す。
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