ジルコニア系超微粒子担持金属触媒上でのカーボンナノチューブ生成機構の解明

2004 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14550760
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・化学プロセス
• 研究機関: 北海道大学 (2003-2004); 京都大学 (2002)
• 研究代表者: 竹口 竜弥 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教授 (30227011)
• 研究分担者: 定金 正洋 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助手 (10342792)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• キーワード: カーボンナノチューブ / セリアージルコニア固溶体 / Ni粒子径 / 相互作用 / メタン部分酸化

研究概要

グリコサーマル法により結晶性がよくかつ超微粒子のZrO_2-CaO、ZrO_2-CeO_2固溶体を合成した。調製した固溶体にNiの粒子径を変えて担持した。これらの触媒はメタン部分酸化反応において極めて高活性を示した。Niの触媒活性とコーク生成の関係を明らかにするために、CH_4部分酸化反応の低温活性について、CeO_2固溶体触媒、CaO固溶体触媒を比較した。まずCeO_2においては、NiOの還元ピークがブロードにあらわれる担体と担持ニッケルとの相互作用が強い触媒が部分酸化反応においてコーク析出が少なく、また、担体の高い酸素貯蔵能により、部分酸化反応が促進される。CaOにおいては、NiOが容易に還元される触媒ほど部分酸化反応において、低温で高活性であり、酸化還元特性と触媒の安定性および低温活性との相関が示唆された。また、CeO_2-ZrO_2などのジルコニア系酸化物に貴金属を担持すると、Niの場合と同様にカーポンチューブは生成した
つぎに、他の触媒担体の影響を調べるために、グリコサーマル法で調製した超微粒子セリアージルコニア固溶体だけでなく、YSZなどの他のジルコニア系固溶体も合成した。この場合も高表面積を持つ超微粒子上のNi粒子のコー-クの生成速度を検討した。
これらの実験より、ジルコニア系酸化物では、カーボンナノチューブの生成速度は粒子径と担体との相互作用に依存し、低温では弱い作用をもつ担体がカーナノチューブ合成に有利で、高温では強い相互作用をもつ、担体が有利であった。いずれも場合のナノサイズのNiが重要であった。担体の表面形状と表面積を制御することにより、相互作用を制御し、カーボンナノチューブの生成を制御できることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] SOx sorption-desorption characteristics by ZrO_2-based mixed oxide (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzue Kikuyama
  • 雑誌名: Appl. Catal., A 259 ページ: 191-197
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] SOx Sorption-Desorption Characteristics by ZrO_2-based Mixed Oxide (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzue Kikuyama, Asako Mirua, Ryuji Kikuchi, Tatsuya Takeguchi, Koichi Eguchi
  • 雑誌名: Appl.Catal.,A. 259 ページ: 191-197
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Autothermal reforming of methane over Ni catalysts supported over CaO-CeO_2-ZrO_2 solid solution (2003)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Takeguchi
  • 雑誌名: Appl. CataJ., A 240 ページ: 223-233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Partial Oxidation of Methane over Ni Catalysts Based on Hexaaliminate- or Perovs kite-type Oxides (2003)
  • 著者名/発表者名: Toshimasa Utaka
  • 雑誌名: Appl. Catal., A 247 ページ: 125-131
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effect of Precious Metal Addition to Ni-YSZ Cermet on Reforming of CH_4 and Electrochemical Activity as SOFC Anode (2003)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Takeguchi
  • 雑誌名: Catal Today. 84 ページ: 217-222
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Autothermal Reforming of Methane over Ni Catalysts Supported over Cao-Ceo_2-ZrO_2 Solid Solution (2003)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Takeguchi, Shin-nosuke Furukawa, Masashi Inoue, Koichi Eguchi
  • 雑誌名: Appl.Catal.,A. 240 ページ: 223-233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Partial Oxidation of Methane over Ni Catalysts Based on Hexaaliminate- or Perovskite-type Oxides (2003)
  • 著者名/発表者名: Toshimasa Utaka, Saud Abdulaziz Al-Drees, Junya Ueda, Yasuyuki Iwasa, Tatsuya Takeguchi, Ruji Kikuchi, Koichi Eguchi
  • 雑誌名: Appl.Catal.,A. 247 ページ: 125-131
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of Precious Metal Addition to Ni-YSZ Cermet on Reforming of CH_4 and Electrochemical Activity as SOFC Anode (2003)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Takeguchi, Ryuji Kikuchi, Tatauya Yano, Koichi Eguchi, Kazutoshi Murata
  • 雑誌名: Catal Today 84 ページ: 217-222
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] study on steam reforming of CH_4 and C_2 hydrocarbons knd carbon deposition on Ni-YSZ cermets (2002)
  • 著者名/発表者名: T.Takeguchi
  • 雑誌名: J. Power Source 112 ページ: 588-595
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Study on Steam Reforming of CH_4 and C_2 Hydrocarbons and Carbon Deposition on Ni-YSZ Cermets (2002)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Takeguchi, Yukimune Kanil, Tatsuya Yano, Ryuji Kikuchi, Koichi Eguchi, Keigo Tsujimoto, Yoshitaka Uchida, Akira Ueno, Koiji Omoshiki, Masanobu Aizawa
  • 雑誌名: J.Power Sources 112 ページ: 588-595
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より