2023 Fiscal Year Annual Research Report
Examination of CO2 reduction reaction sites using fast proton-conducting oxides via operando observations
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21H01654
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
兵頭 潤次 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (70736149)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 仁丈 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (30292246)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プロトン伝導性膜型反応器 / 二酸化炭素還元 / オペランド赤外吸収分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度において、BaZr0.4Sc0.6O3-δを電解質として用いた際に、イオン輸率に課題があったため、本年度は、BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)薄膜電解質を有する膜型反応器により、電気化学的CO2還元特性を評価した。また、昨年度までにおいて純金属では触媒活性が低く、電流掃引によるガス転化率変化が観測できなかったことから、触媒活性の向上させるため1wt%のPtもしくはNi微粒子をSm添加CeO2(SDC)に担持したPt/SDC触媒およびNi/SDC触媒をカソードとしてCO2還元特性を評価することにした。上記構成にすることによりBZS/金属界面では2％程度であったイオン輸率が10~50%程度まで改善した。
改善されたの膜型反応器を用いることで、＋方向、－方向のプロトン電流方向にかかわらず、電流掃引によってメタン生成反応が抑制され、CO生成反応が促進されることが分かった。これは、熱力学的反応駆動力は+,－方向で反転することから、本結果は反応場におけるH2活量変化ではなく、それ以外の要因によって反応生成速度が変化したことを示す結果である。熱電対を膜型反応器に取り付けることで、電流掃引により反応器の温度が向上し、さらに同程度の温度変化を与えることで、同様のガス生成速度変化を示したことから、電流掃引によるCO生成速度の向上は反応場の温度上昇による影響であることが分かった。この結果は、プロトン伝導性酸化物電解質を用いた膜型反応器による、CO2転化反応は、プロトン(H+)から直接水素化反応を生じず、電流掃引による電気化学的効果が表れにくい反応場となっていることを示唆する結果である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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