新規複合金属酸化物ナノ粒子多孔体の創製と逆水性シフト反応に対する機能評価

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05216
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 島 明日香 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (80570035)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小廣 和哉 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (60170370)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 逆水性ガスシフト反応 / ケミカルループ法 / 複合金属酸化物 / 酸素キャリア / 酸化鉄 / 酸化セリウム

Outline of Annual Research Achievements

ケミカルループ法による逆水性ガスシフト反応(RWGS-CL)は、CO2からCOを選択的に合成する方法の一つとして注目されている。本研究は、酸化鉄及び酸化セリウムから構成される複合金属酸化物多孔体の構造特性が、本反応へ与える影響について検討した。
2020年度は、Fe、Ceの含有量が約１：１の複合金属酸化物多孔体の反応特性をTGA、XPS、GC等を用いて評価した。反応後サンプルのSTEM-EDX分析ではFeおよびCeの均一的な分散が維持されていることが明らかになった。同一サンプルに対してRWGS-CL反応を繰り返した試験では、複合化によるCO収量の安定化効果が確認された。
2021年度に実施したH2-TPRでは、反応開始温度は復号化によって高温シフトの傾向にあったが、ピーク幅は市販化合物に比べて狭かった。これは、ナノ粒子化したことによってより均一な反応場が構築されたことに起因すると推察している。長時間反応後のサンプルのXRD分析では、対照試験に用いた市販酸化鉄で観察されたFe(0)の生成が認められなかったことから、酸化セリウムとの複合化による反応耐久性の向上が示唆された。並行して、FeとCeの成分比率を変えた複合酸化物の製造も試み、本系ではFe:Ce＝９：１が最も安定的にRWGS-CLの酸素キャリアとして働くことが実験的に示された。
2022年度は、Fe:Ce＝９：１の複合酸化物の評価を中心に研究を実施した。TGとMassとを組み合わせたRWGS-CL反応の繰り返し試験では、Massでの水素由来の値の時間変化から、その傾向を評価した。一方、前年度より分析を継続してきたXPSでは、観察された酸化セリウム由来のピークの変動に対する分析中のサンプルの損耗の影響が除外しきれず、反応前後でのサンプルの定量的な比較は困難だった。現在は、宇宙利用条件での化合物の必要量の推定を継続中である。