| Project Area | Surface hydrogen engineering: Utilization of spillover hydrogen and verification of quantum tunneling effect |
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| Project/Area Number |
21H05100
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥33,930,000 (Direct Cost: ¥26,100,000、Indirect Cost: ¥7,830,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
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| Keywords | 電気化学アンモニア合成 / プロトン固体酸化物電解セル / ヒドリドイオン伝導体 / 水素スピルオーバー / 粒界伝導 / プロトン伝導体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究計画は、担体上のスピルオーバー拡散がプロトンまたはヒドリドイオンと電子の両極性拡散であることを実証し、また、ヒドリドイオン伝導体を用いた場合、水素トンネル輸送が起こりやすいことを証明する。最終的に、これらの触媒系をプロトン電解質膜セルのカソードに応用し、H2O-CO2共電解によるアルコール合成を検討する。水素スピルオーバーによって従来の固体電解質デバイスの有効反応場を飛躍的に増大させる。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, VN0.9, a well-known rock-salt type metal nitride, exhibits hydrogen grain boundary diffusivity, which can be interpreted as a 'hydrogen spillover' in the internal surface of the polycrystaline bodies. VN0.9 was found to efficienct cathode materials for electrochemical ammonia synthesis by H2O-N2 coelectrolytic H+-SOC. Analysis of electrochemical hydrogen pumping revealed that the VN0.9 cathode effectively suppress hydrogen evolution reaction at the surface, while having hydrogen permeability due to hydrogen ion grain boundary diffusion. Therefore, a faradaic efficiency of 12% for H2O-N2 co-electrolytic ammonia synthesis was achieved using a cell with a Ru-loaded VN0.9 cathode.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現在のハーバーボッシュ法によ依るアンモニア合成は、化石燃料由来の水素を大量に消費するため、低炭素社技術への転換が求められている。固体電解セルを使ったH2O-N2共電解による電気化学的アンモニア合成は、水を水素源として窒素還元を行うため、次世代プロセスとして期待されている。一方位でこれまでの共電解のファラデー効率は0.1％程度と、非常に低いものであった。本研究成果はこの生成効率は二けた上昇させるものであり、化学産業の低炭素化に大きく貢献するものである。
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