2014 Fiscal Year Research-status Report
多孔質SUS支持体へ2層のシリカ層を付与することで耐久性を高めたPd系薄膜の創製
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25420804
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
加藤 雅裕 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (80274257)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 敬三 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 講師 (60423555)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 水素選択透過性 / パラジウム系薄膜 / シリカ層 / アルミナ層 / 多孔質SUS支持体 / 耐久性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、水素選択透過性をもつパラジウム膜の薄膜化をめざし、昨年度実施した２種の中間層（シリカライト層とメソポーラスシリカ層）の導入法の検討に基づき、多孔質ステンレススチール（SUS）支持体シートおよび管上へ複層化した中間層を付与した。さらに、中間層上にパラジウム膜を成膜し水素透過性と選択性を評価した。以下を本年度の研究実績とする。
1 多孔質SUSシート上へメソポーラスシリカ層を形成後、シリカライト層を形成したところ、中間層の強度が不十分であり、これら2層の複層化は困難と判断した。
2 シリカライト層の代替として、アルミナ層を支持体上へ形成した。その結果、アルミナ層の形成にはベーマイトゾルを用い、その濃度を支持体の細孔径に対して最適化することで、ディッピングにより安定したアルミナ層を形成できることを見出した。加えて、アルミナ層上には、多孔質SUS支持体上へパラジウム膜を無電解めっき法で成膜する手法と同様の手順で、パラジウム膜を成膜可能であり、複合した中間層の上層として適していることを見出した。
3 多孔質SUSシート上へメソポーラスシリカ層を形成後、アルミナ層を形成、さらに無電解めっき法でパラジウム膜を成膜することができた。よって、同様の手順で多孔質SUS管上に成膜を実施した。この結果、得られた複合膜（パラジウムの膜厚：19マイクロメートル）は、ミクロ孔をもつシリカライト上に4マイクロメートルのパラジウム膜を成膜した複合膜に比べ、水素パーミアンス、水素選択率（ヘリウムに対する水素パーミアンスの比）共に2倍と大きな値を示した。これは、支持体上へまず大きな細孔をもつメソポーラスシリカ層を被覆し、その上に小さい細孔をもつアルミナ層を被覆することで、段階的に細孔を狭めることができ、水素の透過性を維持しつつ緻密なパラジウム膜をアルミナ層上に成膜できたことを示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画段階で予定していたとおり、メソポーラスシリカ層上にシリカライト層の形成を試みたが、複合層の強度が不十分であることが明らかとなった。そこで、直ちに、シリカライト層の代替としてアルミナ層の支持体上への形成を行った。その結果、アルミナ層上へのパラジウムの無電解めっきが、多孔質SUS支持体上への手順と同様に実施でき、中間層の上層として適していることを見出した。そこで、まず、多孔質SUSシート上へメソポーラスシリカ層、アルミナ層を形成し、これら複合層上にパラジウム膜が成膜可能であることを確認した。続いて、多孔質SUS管上に同様に複合膜を形成し、水素透過試験ならびに水素の透過機構について検討した。
具体的には、シリカライト層の代替として、ベーマイトゾルのディッピングによりアルミナ層を形成することで、アルミナ層上へパラジウムの無電解めっきによる成膜が、より安定して実施できることが見出されたことから、新たな中間層として選択したアルミナ層が、本研究の目的達成に大きく貢献すると判断される。計画では、まず、シートに成膜した複合膜により耐久試験を実施し、来年度、管への拡張を行う予定であったが、今年度中に実用的な管への成膜を行い、十分な水素透過性を確認した。そこで、来年度は、まず、管上に複層化した中間層上に1マイクロメートル未満のパラジウム膜を成膜し、耐久試験を実施する。さらに、パラジウムと銅との合金膜を複合層上に形成するが、アルミナ層とパラジウム膜との親和性に問題がないことから、合金膜の安定性にも不安は感じられない。よって、以上のことから、本年度予定していた計画がおおむね遂行できており、一部、来年度予定していた計画を先取りできていることから、達成度は「おおむね順調に進展している」と判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に確立した、多孔質SUS管上に、メソポーラスシリカ層、アルミナ層を形成後、パラジウム膜を無電解めっき法で成膜する手法により、1マイクロメートル未満のパラジウム膜を成膜し耐久試験を実施する。複合層は、特にアルミナ層の形成により安定化しており、高い耐久性が予想されるが、長時間の温度サイクルにより水素選択透過性へ影響が現れた場合には、無電解めっきの回数を増やしパラジウム膜の厚みを増やすことで対応する。
並行して、パラジウムと銅の合金膜を複合層上に形成する。この合金膜についても薄膜化をめざしており、特に、合金化条件の最適化が課題となる。合金化は、膜形成時に大きなエネルギーを消費する過程であるが、パラジウム膜、銅膜共に1マイクロメートル未満の薄膜を形成することから、その処理時間の大幅な短縮が期待される。加えて、反応温度の低温化と耐硫黄性をあわせもつパラジウム銅合金膜に、高い水素透過性が付与され、本研究で水素生成反応として想定している「エタノールの水蒸気改質反応」において、安定的な水素生成が期待できる。
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Research Products
(3 results)
