| 研究課題/領域番号 |
16K18287
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
荻原 仁志 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (60452009)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 水素キャリア / 電気化学 / 脱水素 / 電極触媒 |
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| 研究実績の概要 |
水素社会を実現するためには，水素の貯蔵輸送媒体である水素キャリアから，効率よく水素を取り出すシステムの構築が求められる。本研究では，燃料電池タイプの膜電極接合体（MEA）を用いて，穏和な条件下で水素キャリアを脱水素するプロセスを開拓する。
ガラス製セルにMEAを組み込み，常温常圧でさまざまな水素キャリア溶液の電気化学的な脱水素反応を行った。メチルシクロヘキサン（MCH）を水素キャリアに用いた場合，電解による水素生成に高い過電圧を要することがわかった。一方，メタノールを用いると比較的低い電解電圧で脱水素反応が進行し，水素が発生した。50 mA/cm2の定電流電解条件で，電解電圧はおよそ0.7 Vであり，数時間以上にわたって安定した水素発生挙動を示した。以上から，水素キャリアを電解することで，たしかに水素を生成可能であることが明らかとなった。
メタノール水溶液の電解において気相生成物をガスクロマトグラフにより定量分析すると，水素に加えて二酸化炭素とギ酸メチルが観測された。水素はカソード上で生成するが，二酸化炭素とギ酸メチルはアノード上でのメタノール酸化により発生すると考えられる。ギ酸メチルには水素が含まれているため，水素キャリア（＝メタノール）から水素を取り出す意味では，好ましくない副生成物と言える。つまり，メタノールの利用効率を高めるためには，ギ酸メチルの副生を抑制する電極触媒が必須であることが明らかとなった。
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| 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
研究初年度では，水素キャリア電解脱水素の反応系を構築し，実際に電解反応を行った。脱水素を進行させるための電解電圧は，水素キャリアの種類に強く依存することが明らかとなった。研究計画では電解脱水素用キャリアとして，MCHを第1候補に考えていたが，MCH脱水素に要する電解電圧が高かったため，研究計画に従い，他の水素キャリアの検討を行った。するとメタノールを電解脱水素することにより，常温常圧での水素発生を観測した。すなわち，本研究の主要検討項目である「穏和な条件での水素キャリアの電解脱水素反応」については，確かに実証することができた。
さらに，予想されるアノード生成物である二酸化炭素に加えて，無視できない量のギ酸メチルが副生することを初めて明らかにした。メタノールの電解脱水素反応を効率よく進行させるためには，ギ酸メチルの副生をいかに抑制するかが今後の研究方針となることが示された。
初年度に得られた成果は，第118回触媒討論会にて口頭発表を行い，現在は論文投稿の準備を進めている。以上より，本研究は概ね順調に進展していると考えた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2017年度は，メタノール電解脱水素における電極触媒の開発に注力し，ギ酸メチル副生の抑制によるメタノール利用効率の改善を目指す。電解セルの構造を簡略化し，一室型セルでの脱水素反応を実施する。また，研究初年度では電解電圧が高いことがわかったMCHキャリアにおいても，親疎水性反応場の設計など方針を絞って，電解電圧の低減に取り組む。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
脱水素用キャリアの第1候補であるメチルシクロヘキサンから，次候補のメタノールへと主な研究対象を変更し，それにともない研究計画を調整したため，未使用額が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
2017年度より研究代表者の所属研究機関が変更になった。これにともない研究計画実施に際して，物品および消耗品を新たに追加する必要が生じた。未使用額はこれらの経費に充て，迅速に研究を進めたい。
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