| 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 | 二酸化炭素還元 / プロトン伝導体 / 膜型反応器 / オペランド赤外吸収分光法 / プロトン伝導性膜型反応器 / 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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| 研究成果の概要 |
本研究により、プロトン伝導性電解質を用いた膜型反応器を用いた電気化学的CO2還元反応は、触媒にプロトンを供給する方向に電流を印可することでCO生成速度が抑制されメタン生成反応が促進されることが分かった。これは、電流供給によりC-H中間体生成が促進されることに起因することがオペランド赤外吸収分光法により明らかとなった。CO2還元電極における過電圧を低減させる触媒を開発することで、電解質のイオン輸率が向上し更なる生成速度向上を生じる可能性が考えられる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果は、プロトン伝導性セラミックスを用いた膜型反応器を実現するためには、高活性触媒開発およびイオン輸率の高い電解質材料開発の必要性を強く示すものである。これらを実現することで高効率にCO2を有用な燃料へと物質変換できるようになり、人類が輩出し続けてきた二酸化炭素を循環させることができるようになると考えられる。これは膜型反応器の実現は、持続可能な社会の構築を促進するものである。
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