| 研究課題/領域番号 |
26249150
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
和田山 智正 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (20184004)
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| 研究分担者 |
田邉 匡生 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10333840)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 触媒・化学プロセス / ナノ材料 / 表面・界面物性 / 燃料電池 / エネルギーキャリア |
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| 研究実績の概要 |
本研究はエネルギーキャリア分子などの電極表面反応特性と実触媒表面の原子配列・構造との関係を原子・分子レベルで検討するための要素技術開発と脱水素用や直接エタノール型燃料電池、二酸化炭素の電気化学還元に有効な触媒のラボレベル開発を目指す。具体的には、分子線エピタキシ(MBE)法によりNi、Pd、Pt、Auの基本低指数単結晶基板（M(hkl)）に第2元素Xを添加して作製したX/M(hkl)やX(hkl)基板上のM単原子層を構築し、いかなる最表面構造が最も活性化エネルギー(過電圧)を低減するかを精査すること、さらに、表面構造解析や分子挙動の解析結果に基づき過電圧の低い触媒を得る上で最適な合金最表面原子配列・組成を提示する。その上で、得られる最適表面構造をターゲットと市、合金ナノ微粒子をアークプラズマ堆積法により超高真空中においてドライプロセス合成し、得られるナノ微粒子の発現する触媒特性を検討してその有用性を実証することを目的としている。
本年度は、昨年度から検討している電極表面反応生成物のリアルタイム解析のためのオンライン質量分析法(OLEMS)の開発を目指し、実験システムとして完成することに注力した。さらに直接エタノール型燃料電池の電極反応として最も重要なエタノールの酸化反応に対してOLEMS測定を適用した。その結果、Pt(hkl)およびSn/Pt(hkl)系におけるエタノール酸化反応活性の序列を明らかにしOLEMSの有用性を確認した。また、メチルシクロヘキサンの熱的脱水素反応を検討することを目的に、反応生成物の四重極質量分析およびガスクロマトグラフ分析を行うための測定システムを立ち上げ、Pt-Co系についてその組成と活性との関係を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
メチルシクロヘキサンの電気化学挙動を水溶液系において検討することは、その溶解度の問題か比較的困難な対象であることがわかってきた。そこで、まずメチルシクロヘキサンの熱的脱水素挙動を検討することとし、本年度はそのための反応セルと生成物の質量分析・ガスクロマトグラフ分析が可能なシステムを立ち上げために時間を要した。一方、OLEMSについては実験装置系、測定ノウハウを含めて順調に稼働し始めており、今後の進展が期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
エネルギーキャリア分子としてのメチルシクロヘキサンに加え、アンモニアボラン、さらに直接エタノール型燃料電池において重要なエタノール、さらに燃料合成の観点から注目されている二酸化炭素の電気化学還元に関する反応機構についての議論を通じて、過電圧を低下させるために有効な最表面原子配列・組成に関する知見を単結晶表面合金モデル触媒を用いて検討する。その上で、得られる結果に基づき、アークプラズマ堆積法を中心としたドライプロセスにより合金ナノ粒子を合成し、その触媒特性を調査し、得られる合金ナノ粒子の触媒としての有用性を検討する。
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