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2012 年度 実績報告書

内的電場供給に基づく電気化学的触媒活性効果発現系の構築

研究課題

研究課題/領域番号 23655180
研究機関九州大学

研究代表者

田中 優実  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00436619)

キーワードイオン伝導体 / セラミックス / 燃料電池 / 電極触媒 / エレクトレット
研究概要

酸化還元触媒へのイオン伝導体を介した電圧印加により触媒反応の選択性と活性が飛躍的に向上する現象はNEMCA効果として知られている。しかしこの効果を誘発するためには外部電源からの電界印加が必要となるため、発電を目的とするデバイスへの適用が検討された例はなかった。そこで本研究では、分極処理により高密度な表面電荷を半永久的に保持し得る「イオン伝導性セラミックエレクトレット」を触媒担体とすることで、 エレクトレットの持つ表面電場空間を起源とした触媒活性効果発現系の構築を目指した。
本年度は、昨年度に引き続き、エレクトレット基材として酸化物イオン伝導を有するイットリア安定化ジルコニアセラミックス(YSZ; Y2O3=3 mol%)を対象に、これを150~300 ℃、250~500 Vcm-1で60~480分間分極処理した場合の電荷保持特性を評価すると共に、電荷強度、極性と触媒活性との相関を調べた。この際比較として、同一形状の金ペレット及び未分極試料についても触媒活性評価を行った。結果、金ペレット、未分極面及び陽極分極面上の触媒は同程度の活性を示したのに対し、陰極分極面では、他の担体を用いた場合と比較して、酸素還元触媒活性が高くなる傾向を示すことが分かった。ただし、陰極分極面上に形成された正味の電荷量と触媒活性効果の間には比例関係が成立せず、触媒活性は電荷量の増加と共に向上するものの一定値以上まで電荷量が増加すると未分極試料と同等のレベルまで低下し、さらに電荷量が増加すると再び向上する傾向を示した。分極処理時、YSZの最表面においては、イオンの移動による分極形成に加えて、電極からの電荷注入によるイオン分極の打消し、さらには、注入電荷の固体内拡散による分極形成が生じているものと考えられる。YSZ上の触媒活性は、これら各分極形成/打消し効果のバランスによって決定されるものと考えられた。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Near Infrared Transmittance of Translucent Si3N4 Sintered Ceramics2013

    • 著者名/発表者名
      W. Yang, J. Hojo, N. Enomoto, Y. Tanaka, M. Inada
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 196 ページ: 155-157

  • [雑誌論文] Fabrication of Translucent Silicon Nitride Ceramics with Various Sintering Aids2013

    • 著者名/発表者名
      W. Yang, M. Inada, Y. Tanaka, N. Enomoto, J. Hojo
    • 雑誌名

      International Journal of Nanotechnology

      巻: 10[1/2] ページ: 119-125

    • 査読あり
  • [雑誌論文] イオン伝導性セラミックス表面における電荷固定2012

    • 著者名/発表者名
      田中優実, 稲田幹, 榎本尚也, 北條純一, 山下仁大
    • 雑誌名

      スマートプロセス学会誌

      巻: 1(4) ページ: 167-178

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photovoltaic Properties of TiO2-ZnO Composite Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells2012

    • 著者名/発表者名
      J. Hojo, H. Tong, S. Shintani, M. Inada, Y. Tanaka, N. Enomoto
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy

      巻: 59[11] ページ: 621-625

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Sintering Conditions and Additives on Translucent Silicon Nitride Ceramics2012

    • 著者名/発表者名
      W. Yang, M. Inada, Y. Tanaka, N. Enomoto, J. Hojo
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 724 ページ: 282-286

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dye Sensitized Solar Cells Based on ZnO Nanorod/TiO2 Nanoparticle Composite Films2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tong, M. Inada, Y. Tanaka, N. Enomoto, J. Hojo
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 724 ページ: 397-403

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of Nanocrystalline ZnO/TiO2 FIilm and Its Application to Dye-Sensitized Solar Cells2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tong, M. Inada, Y. Tanaka, N. Enomoto, J. Hojo
    • 雑誌名

      Functional Material Letters

      巻: 5[2] ページ: 1260006/1-5

    • 査読あり
  • [学会発表] フッ素含有炭酸アパタイトの脱炭酸挙動とイオン伝導特性2013

    • 著者名/発表者名
      川地麻里奈, 田中優実, 久貫悠美, 稲田幹, 榎本尚也, 北條純一
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2013年年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130317-20130319
  • [学会発表] 高表面電位アパタイトセラミックエレクトレットの開発2013

    • 著者名/発表者名
      宮本泰晃, 稲田幹, 田中優実, 榎本尚也,北條純一
    • 学会等名
      第51回セラミックス基礎科学討論会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20130109-20130110
  • [学会発表] 欠陥過剰型ジルコニアセラミックスの誘電分散特性2013

    • 著者名/発表者名
      田中優実, 松本孝平, 稲田幹, 榎本尚也, 北條純一
    • 学会等名
      第51回セラミックス基礎科学討論会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20130109-20130110
  • [学会発表] 欠陥導入ジルコニアの酸素還元特性2012

    • 著者名/発表者名
      松本孝平, 田中優実, 稲田幹, 榎本尚也, 北條純一,
    • 学会等名
      セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20120919-20120921
  • [学会発表] アパタイト型化合物の構造と電気化学的機能

    • 著者名/発表者名
      田中優実
    • 学会等名
      東北大学多元物質科学研究所第2回新機能無機物質探索研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 招待講演
  • [学会発表] 超高密度な表面拘束電荷により触媒活性能を発現するセラミックセレクトレット

    • 著者名/発表者名
      田中優実
    • 学会等名
      九州大学新技術説明会
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演
  • [図書] 環境発電ハンドブック 第3章9「イオン電導を利用したセラミックエレクトレット材料」2012

    • 著者名/発表者名
      田中優実
    • 総ページ数
      18
    • 出版者
      株式会社NTS
  • [産業財産権] 触媒担体、触媒担体用エレクトレット、触媒反応系の製造方法、及び、触媒担体用エレクトレットの製造方法2012

    • 発明者名
      田中優実, 稲田幹, 榎本尚也, 北條純一
    • 権利者名
      国立大学法人 九州大学
    • 産業財産権番号
      特願 2012-196205
    • 出願年月日
      2012-09-06
  • [産業財産権] 酸化セリウム粒子の製造方法2012

    • 発明者名
      榎本尚也 北條純一 田中優実 稲田幹 An Yoonmin
    • 権利者名
      国立大学法人 九州大学, 日本ピラー工業株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特許、特願2012-204523
    • 出願年月日
      2012-09-18

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公開日: 2014-07-24  

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