研究課題/領域番号 |
19K05143
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研究機関 | 高知工科大学 |
研究代表者 |
小廣 和哉 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (60170370)
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研究分担者 |
大谷 政孝 高知工科大学, 環境理工学群, 准教授 (20585004)
Kan Kai 高知工科大学, 環境理工学群, 助教(PD) (80756263)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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キーワード | 複合金属酸化物 / 多孔体 / 触媒担体 / 触媒 |
研究実績の概要 |
通常、複合化が困難とされている複数の金属酸化物を5nm以下のナノ粒子レベルで均一混合した複合酸化物多孔体の単工程合成法の開発を目的に、メタノールを反応媒体とする複合酸化物ナノ粒子多孔体のソルボサーマル単工程一段階合成の反応条件を精査した。TiO2アナターゼ結晶格子中にTiよりも原子価の一つ大きい5族元素を導入すれば、結晶格子中に酸素欠損が生じる。この5族元素ドープTiO2を触媒担体とした場合、触媒活性の改善が期待できる。そこで、2019年度に完成したSiO2-ZrO2、SiO2-CeO2、TiO2-CeO2複合ナノ粒子多孔体合成法を発展させ、V2O5-TiO2、Nb2O5-TiO2、およびTa2O5-TiO2複合球状多孔体の一段階ソルボサーマル合成を試みた。 Ti(OiPr)4、VO(OiPr)3 (あるいはNb(OEt)5やTa(OEt)5)、ギ酸または安息香酸を含むメタノール溶液を、5.4 ℃/minの速度で300 ℃まで加熱し、その温度を10分間保った後、反応管を氷水に投入した。得られた固体を遠心分離とメタノール洗浄を繰り返し、真空乾燥を経て、目的のV2O5-TiO2、Nb2O5-TiO2、Ta2O5-TiO2複合球状多孔体を80から90 %の収率で得た。TEMおよびSEM観察の結果、安息香酸を用いて得られた複合酸化物はいずれも500~900 nmの粒径の球状多孔体であった。それら多孔体の比表面積はおおよそ160~200 m2/gであった。 これら複合酸化物球状多孔体を触媒担体とし、予備的にCO2の資源化反応であるサバティエ反応(CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O)を行ったところ、Ruを担持したV2O5-TiO2触媒(Ru/V2O5-TiO2触媒)はRu/TiO2触媒、Ru/Nb2O5-TiO2触媒、Ru/TaO5-TiO2触媒よりも高いメタン収率を示した
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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
予定していたナノレベル均一混合複合金属酸化物多孔体の単工程ソルボサーマル合成法に関しては、V2O5-TiO2、Nb2O5-TiO2、Ta2O5-TiO2について達成できた。これらを担体とする坦持Ru触媒について、Ru/V2O5-TiO2触媒が高い触媒活性を示した。 燃料電池触媒としての利用は、現在検討中である。
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今後の研究の推進方策 |
MgO-ZrO2、Y2O3-TiO2 のサブミクロンサイズ球状多孔体の単工程ソルボサーマル合成法を確立する。SiO2-ZrO2球状多孔体が、メタンドライリフォーミング反応(CH4 + CO2 → 2CO + 2H2)に対し優れた炭素析出抑制能を示すことを2019年度に見出している。そこで触媒能向上を目的に、SiO2-ZrO2球状多孔体の粒径を100~200 nm程度に縮小する。また、CO2吸着能の向上を目的に塩基性のMgOを含むMgO-ZrO2複合球状多孔体、耐熱性向上を目的にY2O3-TiO2複合球状多孔体を合成する
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次年度使用額が生じた理由 |
購入予定であった消耗品購入に関して、ほかの予算を流用したため、次年度使用額が生じた。
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