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2016 年度 実績報告書

熱化学と電気化学反応を結合した新しいCO2からのアルコール合成法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26249115
研究機関東京大学

研究代表者

山口 周  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10182437)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードエコマテリアル化 / 省エネルギープロセス
研究実績の概要

メタノール合成に高活性を示すZnO/CuおよびTiO2/Au系の担持触媒複合カソード/LDH及び表面プロトン(H+)伝導性ナノ粒子YSZ電解質/Pd(-H)アノードからなる薄膜電気化学セルを用い,一室型及び二室型セルを構成した.一室型ではH2(g)+CO2(g)混合ガスを両極に供給し,二室型ではカソードにCO2(g)+H2O(g)混合ガス,PdアノードにH2(g)を供給して分極特性を200~300℃で測定したが,メタノール生成反応と競合する水素発生反応が生じた.これは,反応の次元性と水素発生の低過電圧に起因すると考えられる.メタノール合成反応はプロトン(H+)供給体(電解質)/電子(e-)供給体(集電体)/触媒表面/気相の4相界面(4相の接点)でのみ反応が生じることが原因である.H+/e-混合伝導体を利用して3相/2相界面に反応サイトを拡大する必要があるが,混合伝導体のナノ多孔体TiO2半導体電極を利用しても改善が見られなかった.強い還元性を有するヒドリド(H-)伝導体を利用する可能性が浮上したため,H2(g)+Pd(-H)/YSZ (O2- + H- + e-混合伝導体)/多孔質Pt(CO2(g)+H2O(g))セルを強電解して供給したH-により,400℃でメタノール合成を試みた.H+と同様に水素発生が優勢であり,メタノール合成反応の増幅は確認されなかった.
ab-initio MD計算については着実に計算が進み,YSZ表面上におけるLewis酸塩基反応であるCO2,HCOOH, CH3OH等の吸着反応の強さと吸着体のBronsted酸性の相関を明らかにした.

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 酸化物表面プロトニクス:表面プロトン活性とその輸送機構2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤龍平,山﨑智之,山口 周
    • 雑誌名

      電気化学および工業物理化学

      巻: 86 ページ: 35~41

    • DOI

      10.5796/denkikagaku.18-FE0007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of CO2 adsorption on proton migration on a hydrated ZrO2 surface: an ab initio molecular dynamics study2017

    • 著者名/発表者名
      Ryuhei Sato, Yasushi Shibuta, Fuyuki Shimojo, Shu Yamaguchi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 ページ: 20198~20205

    • DOI

      10.1039/c7cp01650f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large, soft, and polarizable hydride ions sneak around in an oxyhydride2016

    • 著者名/発表者名
      Shu Yamaguchi
    • 雑誌名

      Science

      巻: 351 ページ: 1262~1263

    • DOI

      10.1126/science.aaf3361

    • 査読あり
  • [学会発表] Ab initio molecular dynamic study about effect of acid-base molecule adsorption on acidity on ZrO2 surface2018

    • 著者名/発表者名
      Ryuhei Sato, Yasushi Shibuta, Fuyuki Shimojo, and Shu Yamaguchi
    • 学会等名
      255th ACS National Meeting & Exposition (New Orleans, LA, USA)
    • 国際学会
  • [学会発表] Oxide Surface Protonics: Proton Activity on Hydrated Oxide Surface2018

    • 著者名/発表者名
      Shu Yamaguchi
    • 学会等名
      The 1st DGIST Workshop on Energy Materials (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Daegu, Korea)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 酸化物ナノ粒子粒界の毛細管凝縮による低温プロトン伝導の発現2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 龍平、高村 仁、山口 周
    • 学会等名
      第43回固体イオニクス討論会 (山形県天童市)
  • [学会発表] 層状複水酸化物(LDH)中の水酸化物イオン伝導機構の考察2017

    • 著者名/発表者名
      山﨑 智之,山口 周
    • 学会等名
      第43回固体イオニクス討論会 (山形県天童市)
  • [学会発表] Effect of Spin Order on Oxygen Reduction Reaction at NiO Surface2017

    • 著者名/発表者名
      Shu Yamaguchi
    • 学会等名
      MS&T 17 (Pittsburgh, Pennsylvania, USA)
    • 国際学会
  • [学会発表] プロトン伝導体を用いたCO2電気化学還元セルのカソード電極についての考察2017

    • 著者名/発表者名
      山﨑 智之,山口 周
    • 学会等名
      第13回固体イオニクスセミナー (宮崎県宮崎市)
  • [学会発表] Oxide Surface Protonics: Proton Activity on Hydrated Oxide Surface2017

    • 著者名/発表者名
      Shu Yamaguchi
    • 学会等名
      21st International Conference on Solid State Ionics (SSI-21) (Padova, Italy)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Proton conduction in bulk water along grain boundary cavity of nano-grained oxides2017

    • 著者名/発表者名
      Ryuhei Sato, Yasuaki Akao, Shogo Miyoshi, and Shu Yamaguchi
    • 学会等名
      21st International Conference on Solid State Ionics (SSI-21) (Padova, Italy)
    • 国際学会
  • [学会発表] Proton delocalization and diffusion on hydrated ZrO2 surface: an ab initio molecular dynamic study2016

    • 著者名/発表者名
      Shu Yamaguchi
    • 学会等名
      2nd Solid-state Chemistry & Ionics (SCI) workshop (Kyushu University, Fukuoka)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CO2吸着によるZrO2水和表面のプロトン輸送特性の解析2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤龍平, 澁田 靖, 下條冬樹, 山口 周
    • 学会等名
      第42回固体イオニクス討論会 (愛知県名古屋市)

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公開日: 2018-12-17  

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