2019 Fiscal Year Annual Research 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。
令和元年度は、放電のパルス運転によるCO2メタン化の検討を行った。
パルス変調プラズマを用いたCO2メタン化においてメタン化特性のduty比および周波数の効果を調べた。duty比をパラメータとしてCH4収率の触媒温度依存性を調べたところ、duty70%かつ約50℃以上ではメタン化反応が開始されCH4の生成とともに材料となるCO関連分子の消費が始まり、表面反応を示唆するメタン生成の二段階反応が起きることを明らかにした。発光強度の時間変化計測から、duty比50%以上では、放電開始200秒付近でピークが現れた。ピーク位置は触媒温度50℃に対応する。duty比の増加により電子密度が増加すると考えられる。電子密度の増加によるCO励起種の密度が増加したことが、触媒表面反応を活性化し同じ温度においてduty比の増加とともにCH4収率が増加を示す原因になったと考えられる。加えてパルス放電の周波数とともにCH4収率が単調に増加することをあきらかにした。
従来の触媒法では触媒温度が200℃程度で反応が開始されるが、プラズマを併用した場合、電子衝突によるCO2の解離がある程度進んだところ（ここではduty比50%より大）で、低い温度からも触媒反応が開始されることを示唆している。従来触媒法でも反応開始の温度にいたるまでの時間の短縮が課題であり、プラズマは新しい反応開始時間短縮法としても期待できる。
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