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LPG-水素製造システム開発を指向した新規ナノ構造触媒調製法の開発

Research Project

Project/Area Number 11J10332
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Catalyst/Resource chemical process
Research InstitutionEhime University
Research Fellow 相方 邦昌  愛媛大学, 理工学研究科, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsCH_4熱分解反応 / Ni触媒 / 炭素析出 / H_2O酸化 / COシフト反応 / Cu触媒 / カーボネート / 界面 / 銅触媒 / オキサラト錯体 / 溶媒 / 粘性 / 金属銅表面積 / 塩基性
Research Abstract

1.Ni系触媒のCH_4熱分解反応と析出炭素の酸化的除去
種々の金属酸化物担体(CeO_2,(CeO_2)_<0.8>(SmO_<1.5>)_<0.2>(SDC),SiO_2,(ZrO_2)_<0.92>(YO_<1.5>)_<0.08>)(YSZ)に担持したNi触媒のメタン熱分解活性およびその際に析出した炭素種の酸化的除去について検討した.これら触媒のCH_4熱分解活性は,Ni/CeO_2,Ni/SDCが60min後も高いCH_4熱分解活性を示した.また,CH_4熱分解活性と炭素析出量の序列は一致し,炭素析出量はCH_4熱分解活性に依存することがわかった.析出炭素のH_2Oによる酸化(H_2O-TPO)は,いずれの触媒もCO_2生成ピークが観察されたが,Ni/CeO2,Ni/SDCは7000℃以上の高温にもCO_2生成ピークが観察され,NiCeO_2,Ni/SDCに特異的な炭素種が存在することがわかった.H_2O-TPO測定後のXRDパターンから,Ni/CeO_2,Ni/SDCは金属Ni,Ni/YSZはNiO由来の回折線が強く観察された.従って,CeO_2系担体に担持したNi触媒のNi種は,H_2Oに対して高い耐酸化性を持つことがわかった.
2.銅触媒上のCOシフト反応の活性サイトの解明
Cu-Al_2O_3,Cu-ZnO,Cu-CeO_2触媒を使って,銅触媒のCOシフト反応の活性サイトについて検討した.銅触媒上のCO吸着挙動をIRで観察したところ,Cu-CeO_2触媒では特異的に金属銅に吸着したCOのバンド強度は低下し,CeO_2上に形成したbidentate型carbonateの吸収強度が増大した.これらIRバンドの吸収強度の変化は一次の反応速度式で整理され,各々の速度定数が一致したことから,金属銅上に吸着したCOがCeO_2上でcarbonateに変化することが示唆された.この結果と昨年度に示された活性の低い触媒には強い塩基点(CO_2流通下でbidentate型carbonateを形成するサイト)が多量に存在した結果から,強い塩基点上に形成する熱安定なbidentate型carbonateは触媒毒として働くと考えられた.このことに加えて,金属銅表面積当たりの活性が弱い塩基点量に比例する結果から,本反応における銅触媒の活性サイトは金属―金属酸化物の界面であると結論した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1)Ni系触媒のCH_4熱分解反応と析出炭素の酸化的除去では,触媒活性低下の原因となる析出炭素の除去について知見を得るために,種々の金属酸化物担体に担持したNi触媒のCH_4熱分解活性と析出炭素の酸化活性を調べ,還元性の金属酸化物を担体として用いたときに両反応に対して高い活性を示すことを見出した.この結果は水素製造反応を安定に操作するための基礎的な指針を提供すると考えられる.(2)銅触媒上のCOシフト反応の活性サイトの解明では,銅触媒の活性種は金属銅であると古くから考えられていたが,活性サイトは金属金属酸化物界面である可能性を見出した.また,多くの成果を公表することができた.

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report

Research Products

(10 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Redox Properties of Fe-Promoted Cu/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Catalysts Active for Water&ndash;Gas-Shift Reaction2012

    • Author(s)
      K.Sagata, H.Yahiro
    • Journal Title

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      Volume: 85 Issue: 4 Pages: 511-516

    • DOI

      10.1246/bcsj.20110283

    • NAID

      130004153049

    • ISSN
      0009-2673, 1348-0634
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study on factors controlling catalytic activity for low-temperature water-gas-shift reaction on Cu-based catalysts2012

    • Author(s)
      K.Sagata, N.Imazu, H.Yahiro
    • Journal Title

      Catalysis Toaday

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2012.03.064

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 銅触媒のCOシフト反応活性に及ぼす共存金属酸化物種の影響2013

    • Author(s)
      相方邦昌, 今津尚俊, 八尋秀典
    • Organizer
      第111回触媒討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2013-03-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between surface basicity of Cu catalyst and catalytic activity for water-gas-shift reaction2013

    • Author(s)
      Kunimasa Sagata, Hidenori Yahiro
    • Organizer
      10^<th> Natural Gas Conversion Symposium
    • Place of Presentation
      カタール・ドーハ
    • Year and Date
      2013-03-03
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] アルミナ担持銅微粒子触媒の調製とFeOx添加によるCOシフト反応活性の改良2012

    • Author(s)
      相方邦昌, 八尋秀典
    • Organizer
      第110回触媒討論会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2012-09-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of Basicity of Cu-based Mixed Oxide Catalysts on the Catalytic Activity of Water-Gas-Shift Reaction2012

    • Author(s)
      Kunimasa Sagata, Naotoshi Imazu, Hidenori Yahiro
    • Organizer
      15^<th> International Congress on Catalysis
    • Place of Presentation
      ドイツ・ミュンヘン
    • Year and Date
      2012-07-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on factors controlling the catalytic activity of Cu-based catalysts for water gas shift reaction2011

    • Author(s)
      K.Sagata, K.Oka, N.Imazu, H.Yamaura, S.Ymaguchi, H.Yahiro
    • Organizer
      The 5^<th> CHINA-JAPN WORKSHOP ON ENVIRONMENTAL CATALYSIS AND ECO-MATERIALS
    • Place of Presentation
      上海
    • Year and Date
      2011-11-28
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Cu触媒のCOシフト反応活性に及ぼす制御因子の検討2011

    • Author(s)
      相方邦昌, 岡健太, 今津尚俊, 山浦弘之, 山口修平, 八尋秀典
    • Organizer
      第108回触媒討論会
    • Place of Presentation
      北見
    • Year and Date
      2011-09-22
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of coexisting metal oxide on the catalytic activity of Cu catalysts for LT-WGS reaction2011

    • Author(s)
      K.Sagata, K.Oka, N.Imazu, H.Yahiro
    • Organizer
      International Symposium on Relation between Homogenous and Heterogeneous Catalysis
    • Place of Presentation
      ベルリン
    • Year and Date
      2011-09-15
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of coexisting metal oxide on the catalytic activity of Cu catalyst for the WGS reaction2011

    • Author(s)
      相方邦昌, 今津尚俊, 岡健太, 八尋秀典
    • Organizer
      第2回触媒科学研究発表会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011-06-17
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-11   Modified: 2016-04-21  

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