| 研究課題/領域番号 |
20H02521
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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27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 北海道大学 (2022)
東京大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
菊地 隆司 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40325486)
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| 研究分担者 |
久保田 純 福岡大学, 工学部, 教授 (50272711)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2020年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
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| キーワード | アンモニア / 電解合成 / プロトン伝導体 / 赤外分光 / 過渡応答法 / 鉄触媒 / 固体リン酸塩電解質 / バリウムジルコネート / 電気化学セル / 固体電解質 / 再生可能エネルギー / 水電解 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、電気化学セルを用いたアンモニア合成においてアンモニアの生成機構を検討し、アンモニアの生成速度および電流効率の向上の要因を明らかにし、高効率なアンモニア合成法へと展開することを目的とする。このために、電圧印加時の電極表面種のin situ赤外分光測定に基づいた反応機構解析と、電極触媒の物性および電極構造の影響、また電極触媒への塩基性化合物の添加による影響を検討することで、電流効率とアンモニア生成速度の大きい、効率的なアンモニア合成法を創製する。
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| 研究成果の概要 |
リン酸塩複合体電解質を用いた電気化学セルを構成し、常圧200℃付近の温度域で窒素と水蒸気からのNH3合成を実施した。Fe系カソードでは電圧を印加しないとNH3は生成せず、電圧を印加しH+を供給することでNH3が生成すること、NH3の他にN2H4も生成することが分かった。開発した電極表面種のin situ赤外分光測定により、220℃での電圧印加によりN2Hx種が生成し、電圧増加でピーク強度が増加することを確認した。分極状態から電流を遮断する応答試験により、高電流密度下でNH3生成速度が低下するのは、電極表面の吸着窒素原子数および水素原子/H+数の減少によるものであることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
NH3は燃焼時にCO2を排出せず、ゼロカーボン社会構築に向けたエネルギーキャリアとして注目されており、特に再生可能エネルギーを利用して合成されるNH3合成は、グリーンNH3として注目を集めている。本電解合成法は、常圧200℃付近でNH3を直接合成する方法で、再生可能エネルギーの利用に好適である。得られた研究成果は、本電解合成法でのN2の還元機構を明らかにするもので、窒素による電極の被覆率を高めることがNH3生成速度向上につながることを過渡応答法により明らかにした成果や、220℃におけるNH3合成において分極状態で電極上の中間体を赤外分光により初めて捕らえた成果は、学術的な意義が極めて高い。
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