| 研究課題/領域番号 |
18H02066
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
青木 芳尚 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50360475)
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| 研究分担者 |
小林 玄器 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 准教授 (30609847)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2018年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
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| キーワード | ヒドリドイオン伝導体 / 金属窒化物 / アンモニア合成 / 金属窒化物膜 / 水素透過 / ヒドリドイオン / メンブレンリアクター / CO2還元 / 窒化ジルコニウム / ヒドリドイオン欠陥 / 水素透過膜 / 低炭素化 / ヒドリド伝導体 / 二酸化炭素還元 / 金属酸水素化物 / 水素膜リアクター |
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| 研究成果の概要 |
高周波反応性スパッタリングによって作成したZr3N4-δ膜におけるヒドリド欠陥生成とその伝導を実証した。このZr3N4-δ膜は、窒素空孔ドナーの存在により、n型半導体の挙動を示した。またZr3N4-δは300℃のH2ガスにさらされると容易に水素化され、またその水素不純物原子への電子供与によってヒドリド欠陥を形成することが確認された。従って、水素化したＺｒ３Ｎ４－δ膜は、H2雰囲気中でH-イオン/電子混合導体の挙動を示した。さらに、H- / e-混合導電性MoNナノ結晶膜を、水素分離膜およびヒドリドイオン含有触媒担体として活用した膜リアクターを構築し、アンモニア合成を実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
持続可能な低炭素社会を築くには、再生可能エネルギー由来の電力を活用し、CO2やN2等を有用な物質へと転換する資源循環技術が必須である。ヒドリドイオン(H-)は、質量が小さく分極率が大きいため、固体イオン伝導に適しており、また、NHEに対して-2.3Vの高いH2 / H-標準酸化還元電位をもつ。これらの特性により、H-イオン伝導体は、CO2還元再資源化やアンモニア電解合成に有効な電極材料や水素膜リアクター材料として有効である。本研究では還元雰囲気で非常に安定な金属窒化物をベースとしたH-イオン伝導性電極の新規作成法と、それを活用したアンモニア合成膜リアクターの実証を行った。
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