| 研究課題/領域番号 |
15K13766
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| 研究機関 | 旭川工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
宮越 昭彦 旭川工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (10249724)
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| 研究分担者 |
大島 功三 旭川工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (10310971)
小寺 史浩 旭川工業高等専門学校, 物質化学工学科, 准教授 (20634421)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | メタン分解 / マイクロ波加熱 / 電極素材 / 水素貯蔵 / 金属内包フラーレン / 低炭素化学 / CO2ドライリフォーミング |
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| 研究実績の概要 |
本研究はマイクロ波加熱と触媒を組み合わせた反応プロセスでメタンを効率的に分解し、高純度水素と機能性炭素の量産技術を開発する。本法で得られるメタン分解炭素は、触媒成分である金属種の周囲にグラファイトが多層取り巻く構造であり、金属内包多層フラーレンとなる。研究成果を次に示す。
(1)金属内包多層フラーレンの形成は、金属触媒の格子内にメタン分解炭素が侵入する固溶体形成の原理で説明し得ることを突き止めた。すなわちニッケル以外でも炭素固溶体を形成する金属であれば、金属内包型フラーレンが得られるとともに、メタン分解活性も維持できる。実際に、鉄やコバルトを用いた触媒では50mol%以上の水素収率を示すのに対し、炭素固溶能に乏しいニオブやタンタルでは低調(10%以下）である。マイクロ波加熱の利点は、金属固溶体形成の効率化にあると判断される。これは3次元球形構造を有する金属－炭素複合体の量産法の鍵を握る発見と考えている。
(2)機能性炭素の電極素材への応用としては、塩基性や中性の溶液下における酸素還元反応ばかりではなく、酸性溶液下でも高い性能を示す素材に改良することができた。これは触媒原料とメタン分解炭素の分離精製法および酸処理法を確立できたことによる。
(3)水素貯蔵材料への応用としては、現時点で確認できていないが、（上記、分離精製済み試料で水素貯蔵能を評価することにしたため。）2か月後には水素貯蔵能の評価ができる見込みである。（富山大学水素同位体科学研究センターに評価して頂く旨、了承済み）
(4)CO2のドライリフォーミング（メタンを共存）でも高い分解活性（CO2、メタン双方とも90mol％以上の転換率）が得られており、現在、触媒改良と反応条件について検討中である。
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