| 研究実績の概要 |
2017年度に引き続き、本年度も電場印加反応場におけるメタン炭酸ガス改質における電場印加効果と反応メカニズム、触媒特性の解明を行った。触媒も同様にNi担持La-ZrO2を用いた。2018年度は本反応系における表面プロトニクスの効果と酸化物担体が有する酸素欠陥の影響について検討した。まず18O2を用いて担体の酸素を同位体ラベリングして反応を行った。生成物は四重極質量分析計で訂正・定量を行った。結果、反応ガス(CH4,C16O2)に切り替えたところ、反応初期にはC18Oが生成したが時間とともに減少しC16Oが生成した。つまり電場印加によって格子酸素を経由したRedox機構が150℃という低温で進行することを明らかにした。表面酸素欠陥を経由することで中間体のcarbonate種が反応しやすくなることはDFT計算(VASP)によっても確認された。また、電場を印加しながらin-situ DRIFTS(拡散反射法)測定によって表面の水酸基の変化を検討したところ、850 cm-1付近に水の回転スペクトルに帰属される特徴的なピークが観測された。これは電場印加によってGrotthuss機構によるプロトンホッピング(リレー)が低温で起こることを示しており、このプロトンホッピングの力学的エネルギーがNi-酸化物担体の界面に吸着したメタンの活性化(メタン解離過程の促進)に寄与することを示唆している。以上により、電場印加による表面プロトニクスと表面酸素欠陥を介したRedox機構の協奏効果によってメタン炭酸ガス改質反応が大幅に低温化されることを明らかにした。
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