ソーラー熱化学水素製造を目指した硫酸分解触媒の開発

• 研究課題/領域番号: 24246130
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 町田 正人 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (70211563)
• 研究期間 (年度): 2012-10-31 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円); 2014年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2013年度: 20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円); 2012年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
• キーワード: ソーラー熱化学水素製造 / 硫酸分解 / バナジン酸塩 / マクロ多孔性 / 融体 / 触媒・化学プロセス / 再生可能エネルギー / 水素 / 新エネルギー

研究成果の概要

大規模太陽光集光熱を利用する熱化学水素製造法「ソーラーISプロセス」に必要不可欠な硫酸分解触媒の候補物質としてCu-V酸化物を見出した．硫酸蒸気中で安定なバナジン酸塩構造と酸化還元が容易なCuとの相乗効果によって，600 °C付近の低温域で高いSO3分解活性を示した．3-DメソポーラスSiO2に含浸担持した触媒をCu-V酸化物の融点以上で加熱するとメソ孔への融体の浸透とSiO2の溶解再析出に伴って，メソ孔からマクロ孔への変換を生じ，活性相が高分散化した．この結果得られる触媒は幅広い空間速度においてPt触媒を上回るSO3分解活性を達成する初めての酸化物触媒であることが明らかになった．

研究成果

• [雑誌論文] Structure and SO3 decomposition activity of nCuO-V2O5/SiO2 (n=0, 1, 2, 3 and 5) catalysts for solar thermochemical water splitting cycles (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawada, Takahiro Hinokuma, Satoshi Machida, Masato
  • 雑誌名: Catalysis Today 巻: 242 ページ: 268-273
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2014.05.023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molten Copper Hexaoxodivanadate: An Efficient Catalyst for SO3 Decomposition in Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawada, Takahiro Tajiri, Tonami Yamashita, Hiroaki Machida, Masato
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 4 号: 3 ページ: 780-785
  • DOI: 10.1039/c3cy00880k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrothermal synthesis of CuV2O6 supported on mesoporous SiO2 as SO3 decomposition catalysts for solar thermochemical hydrogen production (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawada, Takahiro Yamashita, Hiroaki Zheng, Qingxin Machida, Masato
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 39 号: 35 ページ: 20646-20651
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.06.162
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ソーラー熱化学水素製造のための触媒開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 町田正人、竹島伸一
  • 雑誌名: 触媒 巻: 56 ページ: 268-273
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of Oxygen Vacancies in Catalytic SO3 Decomposition over Cu2V2O7 in Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2013)
  • 著者名/発表者名: Machida, Masato Kawada, Takahiro Yamashita, Hiroaki Tajiri, Tonami
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 50 ページ: 26710-26715
  • DOI: 10.1021/jp410431a
  • 査読あり
• [雑誌論文] ソーラー熱化学水素製造を目指した硫酸分解触媒 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川田貴宏、町田正人
  • 雑誌名: 化学工業 巻: 64 ページ: 744-749
• [雑誌論文] Meso-macroporous Supported Cu-V-O: A Promising Substitute of Pt Catalyst for Sulfuric Acid Decomposition at 650 °C (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Machida
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 24 ページ: 557-561
  • 査読あり
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解触媒の開発(11) (2015)
  • 著者名/発表者名: 末吉真紀子，村岡秀，池松愛寿花，川田貴宏，日隈聡士，町田正人
  • 学会等名: 第115回触媒討論会
  • 発表場所: 成蹊大学
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-24
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解触媒の開発(12) (2015)
  • 著者名/発表者名: 村岡秀，末吉真紀子，池松愛寿花，川田貴宏，日隈聡士，町田正人
  • 学会等名: 第115回触媒討論会
  • 発表場所: 成蹊大学
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-24
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解触媒の開発(9)担持Pt触媒の特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川田貴宏，末吉真紀子，村岡秀，日隈聡士，町田正人
  • 学会等名: 第114回触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 複合バナジン酸塩のSO3分解触媒特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川田 貴宏・田尻 十南・山下 太陽・末吉 真紀子・佐藤 徹哉・日隈 聡士・町田 正人
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-10
• [学会発表] MOLTEN COPPER HEXAOXODIVANADATE AS SO3 DECOMPOSITION CATALYST FORSOLAR THERMOCHEMICAL WATER SPLITTING CYCLES (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kawada, T. Tajiri, H. Yamashita, S.Hinokuma, M. Machida
  • 学会等名: 8th International Conference on Environmetal Catalysis
  • 発表場所: 米国
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-27
• [学会発表] CatalyticDeconmposition of Sulfuric Acid with Copper Vanadate for solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kawada, T. Tajiri, H. Yamashita, S.Hinokuma, M. Machida
  • 学会等名: TOCAT7
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [学会発表] メソポーラスSiO2担持バナジン酸塩の融解による構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山下太陽･末吉真紀子･川田貴宏･佐藤徹哉･日隈聡士･町田正人
  • 学会等名: 第52回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: ウインクあいち
• [学会発表] Catalyst Design for Solar Thermochemical Hydrogen (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Machida
  • 学会等名: 4th International Conference on Hydrogen Production
  • 発表場所: 九州大学
  • 招待講演
• [学会発表] Macroporous Cu-V/SiO2 Catalysts for SO3 Decomposition in Solar Thermochemical Hydrogen Production (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Kawada, H.Yamashita, T.Tajiri, S.Hinokuma, M.Machida
  • 学会等名: 4th International Conference on Hydrogen Production
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] Cu-V酸化物融体触媒のSO3分解特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川田貴宏・田尻十南・山下太陽・日隈聡士・町田正人
  • 学会等名: 第113回触媒討論会
  • 発表場所: ロジワールホテル豊橋
• [学会発表] Macroporous Cu-V/SiO2 Catalysts for SO3 Decomposition: Towards Solar Thermochemical Hydrogen Production (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Machida, T.Kawada, H.Yamashita, T. Tajiri, Q.Zheng, K.Ikeue, S.Takeshima
  • 学会等名: 2nd International Conference on Materials for Energy
  • 発表場所: Karlsruhe Convention Center
• [学会発表] 塩基性元素を含むバナジン酸塩のソーラーISプロセス用硫酸分解触媒特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田尻十南， 川田貴宏， 池上啓太， 町田正人
  • 学会等名: 第50回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州ＡＩＭビル展示場
• [学会発表] ソーラーISプロセス用Cu-V/SiO2系硫酸分解触媒の水熱合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山下太陽，川田貴宏，池上啓太，町田正人
  • 学会等名: 第50回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州ＡＩＭビル展示場
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解の開発(7)添加物の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川田貴宏， 田尻十南， 山下太陽， 池上啓太， 町田正人
  • 学会等名: 第112回触媒討論会
  • 発表場所: 秋田大学手形キャンパス
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解触媒の開発(8)融解の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田尻十南， 川田貴宏， 山下太陽， 町田正人
  • 学会等名: 第112回触媒討論会
  • 発表場所: 秋田大学手形キャンパス
• [学会発表] Melting Cu-V-O as Catalyst for Decomposition of Sulfuric Acid in Solar Thermochemical Water Splitting Cycles (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Machida, T.Tajiri, T.Yamashita, T.Kawada, S.Hinokuma
  • 学会等名: The 6th Asia-Pacific Congress on Catalysis
  • 発表場所: Taipei International Convention Center
• [学会発表] SiO2担持Cu-V系酸化物の調製とSO3分解触媒特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川田貴宏，蛇島将太，池上啓太，町田正人
  • 学会等名: 第23回キャラクタリゼーション講習会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス総合研究棟
• [学会発表] ソーラーISプロセス用硫酸分解触媒の開発(6)調製法の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 町田正人
  • 学会等名: 第111回触媒討論会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] Macroporous Cu-V/SiO2 Catalysts for SO3 Decomposition: Towards Solar Thermochemical Hydrogen Production (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Machida
  • 学会等名: 2nd International Conference on Materials for Energy - EnMat II
  • 発表場所: Karlsruhe convention center カールスルーエ・ドイツ
• [学会発表] ソーラー燃料開発における元素戦略 (2012)
  • 著者名/発表者名: 町田正人
  • 学会等名: 触媒学会西日本地区触媒技術セミナー
  • 発表場所: 九州大学
  • 招待講演
• [産業財産権] 三酸化硫黄分解触媒及びその製造方法並びにそれを用いた水素生成方法 (2013)
  • 発明者名: 竹島伸一，町田正人
  • 権利者名: 竹島伸一，町田正人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-265608
  • 出願年月日: 2013-12-24