| 研究課題/領域番号 |
20K20997
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
竹内 希 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80467018)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 液中プラズマ / 微小気泡 / エレクトロスプレー / 超音波キャビテーション / 酸素還元反応触媒 / 炭素触媒 / 水素化反応触媒 / 貴金属レス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
バイオマスからのバイオ燃料合成に必要な水素化反応触媒の合成を目的とする。
ニッケルナノ粒子を担持した窒素ドープ炭素をワンステップで合成する液中プラズマ反応場に，エレクトロスプレー法により微小気泡を供給する。微小気泡により炭素担体を多孔質化して触媒表面積の極大化を可能とし，窒素ドープ炭素が誘起するスピルオーバー効果を促進して，貴金属触媒を超える高い触媒性能を実現する。
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| 研究成果の概要 |
有機溶媒中での超音波キャビテーションにより，液中プラズマによる炭素材料合成反応場に微小気泡と液流を導入することで，比表面積の大きい炭素材料を合成すると同時に，電極材料であるニッケルを担持することが可能であることを示した。その酸化還元反応触媒性能は，1000度での焼成によってより向上し，他研究で合成された炭素材料よりも高い開始電圧が得られた。キシレンに代えて，窒素を含有した有機溶媒であるピリジンなどを用いれば，炭素材料への窒素のドープが可能となり，担持されたニッケル粒子と合わせて，スピルオーバ効果による優れた水素化反応触媒の合成が期待される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超音波分散機（ホモジナイザ）の電極を液中プラズマの一方の電極とすることで，微小気泡と高速液流を有機溶媒からの炭素材料合成反応場に供給する新規プロセスを開発し，合成される炭素材料比表面積の大幅向上に成功した点に学術的意義がある。合成された炭素材料は，従来の単純な液中プラズマ法で合成された炭素材料よりも優れた酸素還元反応触媒性能を示した。また，窒素含有有機溶媒とニッケル電極を用いて本手法を適用すれば，比表面積の大きい窒素ドープ炭素担体にニッケル粒子を担持した材料をワンステップで合成でき，スピルオーバ効果による優れた水素化反応触媒の合成が期待できる。
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