| 研究課題/領域番号 |
21H01654
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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26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
兵頭 潤次 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (70736149)
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| 研究分担者 |
山崎 仁丈 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (30292246)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
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| キーワード | プロトン伝導性膜型反応器 / 二酸化炭素還元 / オペランド赤外吸収分光法 / プロトン伝導性酸化物 / CO2還元 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、CO2からのメタン生成速度を高速化させる電極設計指針を得ることを目的とする。申請者が開発したBaZr0.4Sc0.6O3-δ電解質と金属電極から構成される界面を対象とし、赤外吸収分光法、電気化学計測およびガス分析を同時測定するオペランド観測を適用する。これにより、メタン電解合成に関与する活性中間体と反応経路の同定、およびメタン生成反応の電流効率定量を同時に行う。得られる界面情報をデバイス特性と関連付け、高効率メタン電解合成を実現する電極設計指針を提唱する。
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| 研究実績の概要 |
昨年度において、BaZr0.4Sc0.6O3-δを電解質として用いた際に、イオン輸率に課題があったため、本年度は、BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)薄膜電解質を有する膜型反応器により、電気化学的CO2還元特性を評価した。また、昨年度までにおいて純金属では触媒活性が低く、電流掃引によるガス転化率変化が観測できなかったことから、触媒活性の向上させるため1wt%のPtもしくはNi微粒子をSm添加CeO2(SDC)に担持したPt/SDC触媒およびNi/SDC触媒をカソードとしてCO2還元特性を評価することにした。上記構成にすることによりBZS/金属界面では2％程度であったイオン輸率が10~50%程度まで改善した。
改善されたの膜型反応器を用いることで、＋方向、－方向のプロトン電流方向にかかわらず、電流掃引によってメタン生成反応が抑制され、CO生成反応が促進されることが分かった。これは、熱力学的反応駆動力は+,－方向で反転することから、本結果は反応場におけるH2活量変化ではなく、それ以外の要因によって反応生成速度が変化したことを示す結果である。熱電対を膜型反応器に取り付けることで、電流掃引により反応器の温度が向上し、さらに同程度の温度変化を与えることで、同様のガス生成速度変化を示したことから、電流掃引によるCO生成速度の向上は反応場の温度上昇による影響であることが分かった。この結果は、プロトン伝導性酸化物電解質を用いた膜型反応器による、CO2転化反応は、プロトン(H+)から直接水素化反応を生じず、電流掃引による電気化学的効果が表れにくい反応場となっていることを示唆する結果である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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