| 研究課題/領域番号 |
18K04839
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
小河 脩平 早稲田大学, 理工学術院, 客員主任研究員 (40707915)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 資源・エネルギー有効利用技術 / 水素製造 / 水分解 / 低温電場触媒反応 / ストレインエフェクト |
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| 研究実績の概要 |
構造歪みを導入（ストレインエフェクト）した固体酸化物触媒への電場印加により，低温で固体酸化物触媒の表面格子酸素の放出および水蒸気による格子酸素の再生を促進し，水から水素と酸素を分離して生成することを目指した。反応装置には固定床流通式反応器を用い，整粒した触媒を充填し，その両端に直流電流を印加しうるステンレス製電極を設置し，電場中での反応を行った。触媒としては，これまでに電場中で水素生成・酸素生成それぞれに活性を示すことを見出しているCe-Cr-O系触媒を中心に検討を行った。
その結果，電場アシストにより350℃の低温で，表面格子酸素の放出による酸素生成ならびに，還元処理により格子酸素欠損を生成した触媒と水蒸気の反応による水素生成が，それぞれ十分な反応速度で進行する固体酸化物材料を見出した。X線回折ならびにRaman分光を用いて分析・解析を行い，固体酸化物の構造歪みが酸素生成活性に寄与することを示した。また，炭化水素を還元剤として利用する水素製造（水蒸気改質）において，ストレインエフェクトと電場アシストのシナジーにより，300℃以下の低温でも水素が生成することを見出し，構造歪みを導入した酸化物触媒の表面格子酸素を介した酸化還元サイクルが電場アシストにより低温でも促進されることを示した。まだ水から直接水素と酸素を分離して生成する触媒サイクルは実現していないが，本研究のコンセプトである「ストレインエフェクトと電場アシストのシナジー」が低温での酸化還元サイクルの駆動と効率的な水素製造に有効であることを示す結果を得た。これらの成果は学会等で発表した。
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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
電場アシストにより低温でも，格子酸素の放出や水蒸気による再生が起こる固体酸化物材料がいくつか見つかっており，本研究のコンセプトが課題達成に有効であることを示す結果も得られた。また，構造歪みの評価手法を確立するとともに，学理解明と高性能触媒開発に資する知見も得られつつある。以上の点から研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
構造歪みが酸素生成活性に寄与することが示されたため，ストレインエフェクトの精密制御を基軸とした高性能触媒の設計・創製に取り組む。また，サイクル成立を優先し，400℃以上の高温条件での試験や，反応条件（温度・雰囲気・電場アシスト）にパータベーションを与えることも検討する。D2Oなどの同位体を用いた試験により，反応メカニズムの解明にも取り組み，高性能化の指針を得る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
少額が残り，研究遂行上の必要な試薬等を購入するには中途半端な金額であったため，あえて使い切らず，次年度に回すこととした。
次年度の試薬等の購入に対し，当初の予算に残額を加えて有効に使用する。
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