電気化学リアクターのナノサイズ化に基づく新しい触媒設計技術

• 研究課題/領域番号: 21350073
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 日比野 高士 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10238321)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2012年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2011年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2010年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2009年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: 触媒 / 化学プロセス / 環境技術 / 複合材 / 物性 / プロトン導電体 / 白金－ロジウム触媒 / 活性酸素 / 炭化水素酸化 / 一酸化窒素還元 / 局所電池機構 / 白金-ロジウム触媒 / 白金触媒 / 炭化水素燃焼 / ガソリン排ガス

研究概要

本研究では、電気化学セルが生成する活性酸素の驚異的に高い酸化力に着目し、酸素の活性化過程を理解するとともに、電気化学セルをナノサイズ化することにより、その酸化力を触媒反応に利用することを試みた。ターゲットとする反応はディーゼル浮遊粒子状物質(PM)の低温燃焼であり、最終的な目標は希少元素や貴金属を使用せず、 PM を 200℃以下で低温燃焼することであった。具体的な手法として、プロトン導電体粒子に電極触媒クラスターを担持した局所電池型ナノリアクターを設計することで、表面積を触媒レベルまで高めるとともに、外部電源を不要化した。結果として、この技術は新たな触媒材料の創製につながり、レアメタルなどの希少資源の供給問題を解決する有効なアプローチとして期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Proton-Conductor-Supported Ultra-Low Loading Pt-Rh Three-Way Catalysts (2013)
  • 著者名/発表者名: X. Dong, M. Nishida, T. Hibino
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 ページ: 1827-1832
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-conductor-supported ultra-low loading Pt-Rh three-way catalysts (2013)
  • 著者名/発表者名: X. Dong
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 4 ページ: 1827-1832
  • DOI: 10.1021/jp312213x
  • 査読あり
• [雑誌論文] An intermediate-temperature alkaline fuel cell using Sn0.92Sb0.08P2O7-based hydroxide ion conducting electrolyte and electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hibino
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 1 号: 4 ページ: 1134-1140
  • DOI: 10.1039/c2ta00368f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alternating Current Electrolysis for Production of Phenol from benzene (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Lee, H. Naito, M. Nagao, T. Hibino
  • 雑誌名: Angewandte Chemie-International Edition 巻: 51 ページ: 6961-6965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Oxidation of Benzene to Phenol (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Lee, H. Naito, T. Hibino
  • 雑誌名: Angewandte Chemie-International Edition 巻: 51 ページ: 440-444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydroxide ion-conducting antimony(V)-doped tin pyrophosphate electrolyte for intermediate– temperature alkaline fuel cells (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hibino
  • 雑誌名: Angewandte Chemie-International Edition 巻: 51 号: 43 ページ: 10786-10790
  • DOI: 10.1002/anie.201205022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermediate - temperature, non-humidified proton exchange membrane fuel cell with a highly proton-conducting Fe0.4Ta0.5P2O7 electrolyte (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. B. Shen
  • 雑誌名: Electrochemistry Communications 巻: 24 ページ: 82-84
  • DOI: 10.1016/j.elecom.2012.08.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alternating current electrolysis for production of Phenol from benzene (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Lee
  • 雑誌名: Angewandte Chemie-International Edition 巻: 51 号: 28 ページ: 6961-6965
  • DOI: 10.1002/anie.201202159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton conduction in AIII0.5BV0.5P2O7 compounds at intermediate temperatures (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. B. Shen
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 号: 30 ページ: 14907-14915
  • DOI: 10.1039/c2jm31887c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton conduction in non-doped and acceptor-doped metal pyrophosphate (MP2O7) composite ceramics at intermediate temperatures (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 号: 9 ページ: 3973-3981
  • DOI: 10.1039/c2jm15335a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical oxidation of benzene to phenol (2012)
  • 著者名/発表者名: Byungik Lee, Hiroto Naito, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Angewandte Chemie-International Edition 巻: 51 号: 2 ページ: 440-444
  • DOI: 10.1002/anie.201105229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultra-low loading Pt-Rh/Sn_In_P_2O_7 Three-way Catalyst for Propane+NO+O_2 Reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: X. Dong, K. Tsuneyama, T. Hibino
  • 雑誌名: Applied Catalysis B:Environmental 巻: 106 ページ: 503-509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient and Selective Formation of Methanol from Methane in a Fuel Cell -Type Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: B. Lee, T. Hibino
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 279 ページ: 233-240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient and selective formation of methanol from methane in a fuel cell-type reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Byungik Lee, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 279 号: 2 ページ: 233-240
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2010.12.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultra-low loading Pt Rh/Sn(0.9)In(0.1)P(2)O(7) three-way catalyst for propane+NO+O(2) reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Xue Dong, Kota Tsuneyama, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Applied Catalysis B-Environmental 巻: 106 号: 3-4 ページ: 503-509
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2011.06.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermediate-temperature proton conductors and their applications to energy and environmental devices (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 119 号: 1393 ページ: 677-686
  • DOI: 10.2109/jcersj2.119.677
  • NAID: 130002067650
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノ分極型高選択反応性電極の創製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 79 ページ: 274-279
  • NAID: 10027962149
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノ局所電池デバイスのエネルギー・環境技術への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 雑誌名: ケミカルエンジニヤリング 巻: 56 ページ: 48-54
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Oxidation of Methane to Methanol over Proton Conductor/Metal Mixed Catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: B. Lee, Y. Sakamoto, D. Hirabayashi, K. Suzuki, T. Hibino
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 271 ページ: 195-200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Temperature Hydrocarbon Combustion over Proton Conductor/Metal-Mixed Catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsuneyama, S. Teranishi, T. Hibino, S. Nagao, H. Hirata, S. Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 273 ページ: 59-65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton Conduction in Metal Pyrophosphates (MP_2O_7) at Intermediate Temperatures (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. C. Jin, Y. B. Shen, T. Hibino
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 20 ページ: 6214-6217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Temperature Carbon Combustion over Proton Conductor+Electrocatalyst-Mixed Powders (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tsuneyama, Y. Sakamoto, K. Suzuki, T. Hibino
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 100 ページ: 205-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature hydrocarbon combustion over proton conductor/metal-mixed catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: 常山光太、寺西慎哉、日比野高士、長尾聡、平田裕人、松本伸一
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 273 ページ: 59-65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature carbon combustion over proton conductor+electrocatalyst-mixed powders (2010)
  • 著者名/発表者名: 常山光太、坂本陽介、鈴木憲司、日比野高士
  • 雑誌名: Applied Catalysis B : Environmental 巻: 100 ページ: 205-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton conduction in metal pyrophosphates (MP_2O_7) at intermediate temperatures (2010)
  • 著者名/発表者名: 金永成、沈岩柏、日比野高士
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 20 ページ: 6214-6217
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Review of SnP_2O_7-Based Proton Conductors and Their Application to Intermediate-Temperature Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: 金永成, 李炳益, 日比野高士
  • 雑誌名: Journal of the Japan Petroleum Institute 53 ページ: 12-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 矢野正也, 冨田衷子
  • 雑誌名: Nanomaterials for Energy Storage Applications(American Scientific Publishers) ページ: 301-314
• [雑誌論文] Proton conductivity and solid acidity of Mg-, In-, and Al-doped SnP_2O_7 (2009)
  • 著者名/発表者名: 源嵜晃司, 許弼源, 佐野充, 日比野高士
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 156
  • 査読あり
• [学会発表] プロトン導電体上での活性酸素生成を利用したベンゼンからフェノールへの直接酸化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内藤寛人, 李 炳益, 日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会
  • 発表場所: 浜松市
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] プロトン導電体上での活性酸素生成を利用したベンゼンからフェノールへの直接酸化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内藤寛人, 李炳益, 日比野高士
  • 学会等名: 2012年電気化学会第79回大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松(浜松市)
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] 中温プロトン導電体のエネルギー・環境技術への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] 中温型燃料電池用Fe0.4Ta0.5P2O7ベース有機・無機コンポジット膜の設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小島慶次郎
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Fe0.4Ta0.5P2O7-ｓSEBSコンポジット薄膜とイオノマーから成る中温・低加湿燃料電池 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 第53回電池討論会
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク
• [学会発表] Sb5+-ドープSnP2O7の水酸化物イオン伝導性とアルカリ形燃料電池電解質特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 第53回電池討論会
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク
• [学会発表] Sb5+-ドープSnP2O7の水酸化物イオン伝導性とアルカリ形燃料電池電解質特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 第38回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 京都テルサ
• [学会発表] A Nano-Sized Electrochemical Reactor for Propane+NO+O2 Reaction, X. Dong, K. Tsuneyama, T. Hibino (2011)
  • 学会等名: X. Dong, K. Tsuneyama, T. Hibino,, ISE 62th Meeting
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2011-09-12
• [学会発表] A nano-sized electrochemical reactor for propane+NO+O2 reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Xue Dong, Kota Tsuneyama, Takashi Hibino
  • 学会等名: (ISI Annual Meeting) 62^<nd> Annual Meeting
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟市)
• [学会発表] プロトン導電体を利用した活性酸素生成による低温 PM 燃焼 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂本陽介, 鈴木憲司, 竹内貴志, 日比野高士
  • 学会等名: 第106回 触媒討論会
  • 発表場所: 甲府市
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] In3^+-doped Sn0.9In0.1P2O7プロトン伝導体の酸化反応への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 触媒学会
  • 発表場所: 山梨大学
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] プロトン導電体を利用した活性酸素生成による低温PM燃焼 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂本陽介、常山光太、鈴木憲司、日比野高士
  • 学会等名: 触媒学会
  • 発表場所: 山梨大学
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 局所電池型触媒による活性酸素を利用した低温炭化水素燃焼反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 常山光太, 伊藤健一, 日比野高士, 長尾諭, 平田裕人, 松本伸一
  • 学会等名: 電気化学会
  • 発表場所: 富山大学 (富山県)
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] 局所電池型触媒による活性酸素を利用した低温炭化水素燃焼反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 常山光太, 伊藤健一, 日比野高士, 長尾諭, 平田裕人, 松本伸一
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] 局所電池型触媒による酸素の活性化とそれを利用した低温炭化水素燃焼反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 常山光太, 伊藤健一, 長尾諭, 平田裕人, 松本伸一
  • 学会等名: 第105回 触媒討論会
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2010-03-25
• [学会発表] 局所電池型触媒による酸素の活性化とそれを利用した低温炭化水素燃焼反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 常山光太, 伊藤健一, 長尾諭, 平田裕人, 松本伸一
  • 学会等名: 触媒学会
  • 発表場所: 京都テルサ (京都府)
  • 年月日: 2010-03-25
• [学会発表] 電極触媒活性の精密制御に基づいたガスセンシング技術の開発と各種デバイスへの応用展開 (2009)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 2009 年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 小金井市
  • 年月日: 2009-09-11
• [図書] セラミック機能化ハンドブック、プロトン系固体電解質 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 総ページ数: 284
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] 触媒調整ハンドブック、Mo2C-ZrO2/C の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 総ページ数: 564
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] セラミックス機能化ハンドブック (2010)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 100℃以上でも発電可能なアルカリ形燃料電池用電解質を開発
  • URL: http://news.mynavi.jp/news/2012/09/14/113/index.html
• [備考] 常温・常圧下でベンゼンからフェノールを1段階で合成する手法を確立
  • URL: http://news.mynavi.jp/news/2012/06/08/086/index.html
• [備考] 高プロトン導電率を実現する燃料電池用電解質化合物の合成に成功
  • URL: http://news.mynavi.jp/news/2012/05/30/144/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.urban.env.nagoya-u.ac.jp/~hibino/scitension.html
• [備考]
  • URL: http://www.urban.env.nagoya-u.ac.jp/~hibino/scitension.html
• [産業財産権] Inorganic ion conductor, manufacturing method thereof, and fuel cell employing the same (2013)
  • 発明者名: T. Hibino
  • 権利者名: T. Hibino
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-01-29
  • 外国
• [産業財産権] 炭化水素及び炭素の燃焼触媒 (2010)
  • 発明者名: 日比野高士, 他
  • 権利者名: 名古屋大学、トヨタ自動車
  • 産業財産権番号: 2010-043106
  • 出願年月日: 2010-02-26
• [産業財産権] 炭化水素及び炭素の燃焼触媒並びに該燃焼触媒の製造方法
  • 発明者名: 日比野高士、他
  • 権利者名: 日比野高士、他
  • 産業財産権番号: 2011-029793
• [産業財産権] 炭化水素及び炭素の燃焼触媒
  • 発明者名: 日比野高士、他
  • 権利者名: 日比野高士、他
  • 産業財産権番号: 2010-043106