イオン性溶融ナノ液膜触媒の開発と応用

• 研究課題/領域番号: 16H02418
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 町田 正人 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70211563)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2019年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2017年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2016年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
• キーワード: 触媒 / 融体 / 多孔体 / 貴金属代替 / 触媒・化学プロセス / 環境材料 / 再生可能エネルギー / ナノ材料 / イオン性液体 / オキソ酸塩 / イオン性融体

研究成果の概要

低融点の溶融塩を活性相とする新規な「イオン性溶融ナノ液膜触媒」を設計し、環境およびエネルギーに関わる触媒反応に応用した。融体表面および内部の構造を解析して、ナノスケールの液膜として多孔性物質の細孔壁に被覆した構造を有する構造を明らかにした。反応速度の気相分圧依存性や活性化エネルギーを調べ、溶融状態が反応速度に及ぼす影響を明らかにするとともに、劣化機構を解析して耐久性を改善した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

触媒科学は石油化学、高分子合成、食品製造、エネルギー生産、環境保全など今日の社会を支える基盤的な技術を生み出してきた。新しい機能をもつ触媒物質の開発はその最も基本的な要素である。本研究では低融点の溶融塩の性質と構造を活用した新規な「イオン性溶融ナノ液膜触媒」を設計し、不均一系触媒と均一系触媒の長所を併せもつ新機能を発現させた。

研究成果

• [国際共同研究] ドイツ航空宇宙研究所(ドイツ)
• [雑誌論文] Research and development on membrane IS process for hydrogen production using solar heat (2019)
  • 著者名/発表者名: Myagmarjav Odtsetseg、Iwatsuki Jin、Tanaka Nobuyuki、Noguchi Hiroki、Kamiji Yu、Ikuo Ioka、Kubo Shinji、Nomura Mikihiro、Yamaki Tetsuya、Sawada Shinichi、Tsuru Toshinori、Kanezashi Masakoto、Yu Xin、Machida Masato、Ishihara Tatsumi、Abekawa Hiroaki、Mizuno Masahiko、et al.
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 44 号: 35 ページ: 19141-19152
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.03.132
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluating the chemical stability of metal oxides in SO 3 and applications of SiO 2 ‐based membranes to O 2 /SO 3 separation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Xin、Meng Lie、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Machida Masato、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: 102 号: 11 ページ: 6946-6956
  • DOI: 10.1111/jace.16594
  • 査読あり
• [雑誌論文] ソーラー熱化学水素製造のためのSO3分解触媒の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 町田正人
  • 雑誌名: 触媒 巻: 61 ページ: 97-102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability of Molten-phase Cs－V－O Catalysts for SO3 Decomposition in Solar Thermochemical Water Splitting (2018)
  • 著者名/発表者名: A. S.M. Nur, T. Matsukawa, A. Ikematsu, M. Machida
  • 雑誌名: ACS Applied Energy Materials 巻: 1 号: 5 ページ: 2041-2047
  • DOI: 10.1021/acsaem.8b00145
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Catalytic SO3 Decomposition Activity and Stability of Supported Molten Vanadate Catalysts for Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2018)
  • 著者名/発表者名: S.M. Nur, Alam Yamashita, Hiroaki Matsukawa, Takayuki Kawada, Takahiro Machida, Masato
  • 雑誌名: Ceramic Transactions 巻: 264 ページ: 235-244
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Catalytic SO3 Decomposition Activity And Stability of Supported Molten Vanadate Catalysts For Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2018)
  • 著者名/発表者名: A. S.M. Nur, H. Yamashita, T. Matsukawa, T. Kawada, M. Machida
  • 雑誌名: Ceramic Transactions 巻: 264
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Platinum Supported on Ta2O5 as a Stable SO3 Decomposition Catalyst for Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2018)
  • 著者名/発表者名: A. S.M. Nur, T. Matsukawa, S. Hinokuma, E.Funada, S.Hinokuma, M.Machida
  • 雑誌名: ACS Applied Energy Materials 巻: 1 号: 2 ページ: 744-750
  • DOI: 10.1021/acsaem.7b00195
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Catalytic SO3 Decomposition Activity and Stability of Pt Supported on Anatase TiO2 for Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2017)
  • 著者名/発表者名: A. S.M. Nur, T. Matsukawa, S. Hinokuma, M. Machida
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 2 号: 10 ページ: 7057-7065
  • DOI: 10.1021/acsomega.7b00955
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 熱化学水素製造の実現に向けた触媒材料の開発状況 (2017)
  • 著者名/発表者名: 町田正人
  • 雑誌名: 水素エネルギー協会会誌 巻: 42 ページ: 99-103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic SO3 Decomposition Activity and Stability of A-V/SiO2 (A = Na, K, Rb, and Cs) for Solar Thermochemical Water-Splitting Cycles (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Kawada, M.Sueyoshi, T.Matsukawa, A.Ikematsu, M.Machida
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 55 号: 45 ページ: 11681-11688
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.6b03394
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Enhanced Lifetime of Supported Pt Catalysts in SO3 Decomposition for Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2019)
  • 著者名/発表者名: A. S. M. Nur, S. Hinokuma, H. Yoshida, M. Machida
  • 学会等名: EuropaCat 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Catalytic SO3 Decomposition Activity and Stability of Supported Molten Vanadate Catalysts for Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Machida, Takahiro Kawada, Takayuki Matsukawa
  • 学会等名: PacRIM 2017
  • 国際学会
• [学会発表] ソーラー熱化学水素製造におけるバナジン酸塩系SO3分解触媒の耐久性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村智哉・S.M. Nur Alam・池松愛寿花・松川貴之・町田正人
  • 学会等名: 第54回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] Catalytic SO3 Decomposition Activity and Stability of Pt Catalysts Supported on Anatase TiO2 for Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Matsukawa, Masato Machida
  • 学会等名: Europacat 2017
  • 国際学会
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解触媒の開発(15)貴金属触媒の耐久性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松川貴之，川田貴宏，日隈聡士，町田正人
  • 学会等名: 第118回触媒討論会
  • 発表場所: 岩手市 岩手大学
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] ソーラーISプロセスによる水素製造のための触媒開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 町田正人
  • 学会等名: 第23回燃料電池シンポジウム
  • 発表場所: 東京都江戸川区 ワーホール船堀
  • 招待講演
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解のための担持貴金属触媒の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松川貴之，川田貴宏，日隈聡士，町田正人
  • 学会等名: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州市 北九州国際会議場
• [学会発表] バナジン酸塩融体触媒とソーラー燃料合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 町田正人
  • 学会等名: 第9回新機能無機物質探索研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 仙台市 東北大学多元物質科学研究所
  • 招待講演
• [産業財産権] 担持触媒、二酸化硫黄の生成方法、及び水素生成方法 (2017)
  • 発明者名: 町田正人
  • 権利者名: 町田正人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017