低炭素水素社会に向けたプラズマ触媒の気固境界面反応場の基盤技術

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01208
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 金 賢夏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (20356893)
• 研究分担者: 寺本 慶之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00635328)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 低温プラズマ / プラズマジェット / 触媒

研究実績の概要

本研究では、低温プラズマとナノ粒子で修飾した触媒の相補的融合における気固界面反応場の基礎的特性を解明し、新規低温触媒反応場の具現化と同時に応用技術として低炭素水素社会への展開に向けた道筋を確立することを目標としている。
今年度の研究では、初年度に開発した大口径プラズマキャンドルの設計指針を確立するため反応器の諸パラメーターの相互関連性について検討を行った。ポーラスセラミックス板を用いる場合細孔経をパーセンミニマムより小さくすることで安定したプラズマキャンドルが生成できる理由をシュリーレン法によりガスの流れを可視化することで、チューブ内部の流体の乱れと空気の混入制御が極めて重要なことを突き止めた。ヘリウムガスの他にネオンガスを用いたジェットはHeより活性種をより多く供給できることを分光測定から明らかにした。突然拡大管の近傍でガスディフューザーを設けることでガス乱れの抑制が可能であることも明らかにした。また、高感度ICCDカメラ及び高速度カメラを用いたプラズマ特性を精査し、パルス的に発生するするストリーマの頻度とチューブ出口でジェットの形成の関連性を明らかにした。チューブの直径、ガスの流量、電極間の距離、接地電極とチューブ出口までの距離などを総合評価し、スケーリングパラメーターを確立できた。プラズマ触媒複合に関する基礎研究では、オゾンを用いたCOの常温酸化をモデル反応として各種触媒の性能評価を行った。その中で銀（Ag）とマンガン(Mn)の二成分触媒が極めて高い活性を示すことと、赤外線カメラを用いた触媒活性の可視化が可能であることをことを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Interim report of plasma catalysis: Footprints in the past and blueprints for the future (2021)
  • 著者名/発表者名: H.H. Kim, Ayman A.Abdelaziz, Y. Teramoto, T. Nozaki, K. Hensel, Y.S. Mok, S. Saud, D.B. Nguyen, D. H. Lee, W.S. Kang
  • 雑誌名: Int. J. Plasma Environ. Sci. Technol. 巻: 15 ページ: .e01004
  • DOI: 10.34343/ijpest.2021.15.e01004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinctive patterns and characteristics of neon jet launched from plasma-candle device (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayman A., H.H. Kim
  • 雑誌名: Plasma Processes and Polymers 巻: 18 ページ: e2000190
  • DOI: 10.1002/ppap.202000190
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The 2020 plasma catalysis roadmap (2020)
  • 著者名/発表者名: Annemie Bogaerts, Xin Tu, J. Christopher Whitehead, Gabriele Centi, Leon Lefferts, Olivier Guaitella, Federico Azzolina-Jury, Hyun-Ha Kim, William Schneider, Tomohiro Nozaki, Anthony B Murphy, Antoine Rousseau, Frederic Thevenet, Ahmed Khacef, Maria Carreon
  • 雑誌名: J. Phys D: Appl. Phys 巻: 53 ページ: 443001 (51pp)
  • DOI: 10.1088/1361-6463/ab9048
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 低温プラズマと触媒の相互作用と低温CO酸化反応への応用事例 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金賢夏
  • 雑誌名: 表面と真空誌 巻: 63 ページ: 649-655
  • 査読あり
• [学会発表] プラズマ触媒複合プロセスの環境・エネルギー応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金賢夏
  • 学会等名: 新科学技術推進協会（JACI)新素材高選択分科会
  • 招待講演
• [学会発表] プラズマ触媒の基礎と最新動向 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金賢夏
  • 学会等名: に日本学術振興会プラズマ材料科学第 153 委員会
  • 招待講演
• [学会発表] Distinctive patterns of neon plasma candle (2020)
  • 著者名/発表者名: Ayman A. ABDELAZIZ ,金賢夏
  • 学会等名: 静電気学会全国大会