| 研究実績の概要 |
本研究では、工業的に利用可能な温度範囲（1000℃以下）で水を熱化学分解して水素ガスを発生させる機能性セラミックス：「酸素貯蔵材料」の設計・開発を行った。具体的には、層状遷移金属酸化物に着目し、当該化合物の酸化還元特性を結晶化学に基づき精密制御することにより、低温で水素製造サイクルを実現する革新的材料の創出を目指した。以下に主な研究成果を示す。
昨年度までの研究において、BaLnMn2O5+δ（Ln: 希土類元素）の酸素放出相 (δ=0) が水還元反応による水素生成活性を示すこと、および反応活性がLn種に強く依存することを見出した。そこで、本反応を多角的に検証するため、Ln = La, Nd, Yを含むδ=0試料とδ=0.5試料の酸水溶液への溶解熱を精密測定し、酸素吸収反応エンタルピーを計算した。25℃におけるδ=0からδ=0.5への酸素吸収反応に伴うエンタルピー変化の絶対値は、希土類元素のイオンサイズが大きくなるとともに系統的に大きくなることが判明した。この傾向は500℃における水素生成反応自由エネルギーの傾向と一致していることから、Ln種に依存した水素生成活性の違いは酸素吸収反応に伴うエネルギー利得の違いに起因していることが強く示唆された。
Ln=La, Nd, Gd, Yについて、熱重量(TG)分析とガスクロマトグラフィ(GC)を組み合わせて、各試料の水素生成活性の温度依存性を系統的に調べた。Ln=Laでは400～560℃で顕著な水素生成が見られた。一方、Gd, Nd試料ではそれぞれ550℃、500℃付近から僅かに重量増加と水素検出されたのに対し、Y試料では700℃以下の全温度範囲において水素生成が見られなかった。以上の結果より、Ln種のイオンサイズが大きくなるにつれ、水素生成活性はより低温で大きくなることが分かった。
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