Development of Novel Crystal Oriented Nano-porous WO3 Membrane for Green Hydrogen Purification

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14529
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Hagio Takeshi 名古屋大学, 未来社会創造機構, 助教 (40808648)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 水素分離 / 膜分離 / ナノポーラス六方晶酸化タングステン / 結晶配向 / 緻密化 / 分子ふるい

Outline of Final Research Achievements

Separation membrane is a useful tool for energy-saving purification of hydrogen, required in the process of green hydrogen production. We proposed and attempted to develop a new crystal-aligned nanoporous hexagonal WO3 separation membrane that can separate hydrogen in the coexistence of water vapor and oxygen and further challenged to clarify its gas separation mechanisms. We investigated the effect of precursor sol composition and synthesis environment for membrane synthesis and found such conditions necessary to form a dense membrane aligned against c-plane of nanoporous hexagonal WO3, where sub-nanopores exist. In addition, we succeeded improving membrane performance by reducing defects through repeated hydrothermal synthesis and by removing sodium ions remaining in WO3 pores. Single-component gas permeation tests and hydrogen separation tests using these membranes revealed that the developed membrane shows selective permeation against hydrogen.

Free Research Field

材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ナノポーラス六方晶WO3膜という新規な膜材料のガス分離への適用可能性を明らかにしたものであることから学術的価値があり、膜分離という省エネルギーな分離技術の発展に寄与するという面で社会的意義もある。更に、本研究を通して開発した六方晶WO3の高度な結晶配向制御技術は、六方晶WO3の結晶成長メカニズムや成膜挙動に関する知見を提供するものであり、材料合成技術の面からも学術的意義があると考える。更に、同技術はグリーン水素製造に貢献するとともに、他の省エネルギー技術であるスマートウィンドウ等にも活用できるカーボンニュートラルに貢献する技術であり、社会的意義もあると考える。