2023 Fiscal Year Annual Research Report
Redox性格子S種の直接電気励起で創る革新的アルカン脱水素の構造体触媒システム
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21H01701
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
渡部 綾 静岡大学, 工学部, 准教授 (80548884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福原 長寿 静岡大学, 工学部, 教授 (30199260)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 直接電気励起 / 構造体触媒 / アルカン脱水素 / CO2水素化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルカンの脱水素反応では気相中熱分解と逐次反応による副生成物の抑制が重要である。本研究では，触媒反応場に直接電気エネルギーを投入して気相分解を回避し，高活性と高選択的な低級アルカンの脱水素反応場を構造体触媒システムで創製する。本研究のポイントは，表面格子硫黄種のレドックス性を，電力投入の直接励起が可能な構造体触媒上に創出し，電力可変からそのレドックス性を巧みに制御すること，そして構造体触媒場がもつガス流れの整流性確保から過反応を抑制することであり，この二つの重畳効果によって革新的な脱水素システムを構築することである。これまでに，通電加熱による触媒部の選択的加熱で，過剰な熱分解反応を抑制して高選択率でC5オレフィン類を生成することを見出した。また，反応条件を最適化し，高収率かつ高選択率でC5オレフィン類を得る条件や，その反応機構を明らかにした。
最終年度は，通電触媒のシステムの展開を図るために，気相の酸化反応が問題となるプロパンの酸化脱水素や，通電触媒システムの効率性を活かしたCO2のメタン化反応について検討した。多孔質金属基材上に窒化ホウ素（BN）触媒を担持したBN系多孔質形触媒は，プロパンの酸化脱水素反応に対して，優れた脱水素特性を示し，粒状触媒よりも高いプロピレン選択性を示した。また，このスパイラル形触媒に電流・電圧を印可して触媒自体を直接加熱した通電加熱式脱水素反応システムは，効率的に反応を進行させることが明らかになった。さらに，この通電加熱式のスパイラル形触媒によりCO2のメタン化反応を行ない，触媒の加熱特性やメタン化特性を評価した。その結果，通電加熱により触媒層の温度を制御でき，スパイラル形状により旋回流れが発生し，反応熱と通電加熱による効率的なエネルギー利用によってメタン化反応が促進し，数ワット程度の僅かな供給電力でも高いCO2転化率が得られることを明らかにした。
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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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