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2015 年度 実施状況報告書

水のメカノケミカル反応による水素の大量生成

研究課題

研究課題/領域番号 15K13675
研究機関広島大学

研究代表者

齋藤 健一  広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 教授 (80302579)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード水素 / メカノケミカル / ボールミル
研究実績の概要

水素はクリーンなエネルギー源として年々重要になってきている。我々はメカノケミカル法の一種であるボールミリング法による水からの水素発生を研究している。今年度,大別して以下のことが明らかとなった。
水素生成のメカニズムに着目し,反応前後におけるSiの分析(粒子サイズ,元素分析,表面分析),溶液の分析(Si濃度,質量分析)をそれぞれ行い,反応機構を考察した。その結果,以下の結果が得られた。1)粒子サイズは数時間のミリングで数10um~ナノサイズまで減少,2) 反応によりSiの表面酸化が著しく進行し,ミリング数10時間後に酸素の物質量はSiより多くなった,3)反応による溶出した溶液中のSiの濃度,4)質量分析による溶液中のSi生成物の同定,である。これらの結果から,水中でのSiのメカノケミカル反応による水素発生は,Siの表面酸化による反応とSiの溶液の溶解過程での反応と,二つのプロセスが重要であることが明らかとなった。
アルカリ水溶液を用いたSiのメカノケミカル反応を行った。その結果,大量の水素が生成し,その生成量がアルカリ濃度に顕著に依存することを見いだした。また,反応後の水溶液中のSiの濃度を測定し,溶液中のSi濃度,pH,水素生成速度の三者が,よく対応することが明らかとなった。これらの結果から,アルカリ溶液中でのSiのメカノケミカル反応による,水素発生の反応メカニズムを考察した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していた研究において,ほぼ予定を消化した。具体的には,I)容器内の温度・圧力変化をその場観測し,状態方程式から水素発生量の時分割観測を行う。II) 発生気体をガスクロマトグラフィー(GC)で定量する。III)Siの走査型電子顕微鏡,動的光散乱,エネルギー分散型X線分析,赤外分光,XPS,ESR測定等より,形状・粒子サイズ,酸化状態,ダングリングボンド等を定量化する。IV) II)~III)の反応時間を変えてサンプリングし,測定・分析を行う。以上I)~IV)の気体発生とSiの時分割観測より,メカノケミカル反応により発生した水素とSiの表面状態の反応動力学を検証したから。特に,水素生成メカニズムについて,当初の計画以上に進展した。

今後の研究の推進方策

Si以外の物質でのメカノケミカル反応,水以外の媒体での水素発生,ならびに生成メカニズムを,時間のゆるすかぎり行う。また,粉砕容器を変えたときの変化も検証する。

次年度使用額が生じた理由

次年度での消耗品の利用が高くなることが想定されたため。

次年度使用額の使用計画

粉砕ボール,試料などの購入に用いる。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (3件)

  • [学会発表] メカノケミカル法による水素発生:液相・固相での反応機構の考察2016

    • 著者名/発表者名
      沖野 有希,齋藤 健一
    • 学会等名
      日本化学会春季年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2016-03-26
  • [学会発表] メカノケミカル法により生成したシリコン微粒子のダングリングボンド2016

    • 著者名/発表者名
      上田 大樹,齋藤 健一
    • 学会等名
      日本化学会春季年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2016-03-26
  • [学会発表] メカノケミカル法による自らの水素発生:シリコンの表面酸化と水素発生2015

    • 著者名/発表者名
      沖野 有希,齋藤 健一
    • 学会等名
      日本化学会中国四国支部大会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      2015-11-14

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公開日: 2017-01-06  

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