【研究分野】機能物性化学

【研究領域課題番号】23360353 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

金属間化合物 / 触媒 / 合金 / 水素化 / 脱水素 / 白金 / パラジウム / ロジウム / ナノ粒子 / 選択水素化 / PROX反応 / 酸化脱水素 / ブタジエン / アミン / アルミナ / 触媒・化学プロセス / 水素分子 / アンモニア合成 / 水素移動反応 / 選択的水素化 / d軌道中心

【研究成果の概要】

特殊な合金である金属間化合物の触媒としての可能性を明らかにすることを目的とした。金属間化合物微粒子の調製法を検討し、シリカ、アルミナなどの担体の表面に直径10 nm以下の単一相微粒子を形成することに成功した。Ptなどの貴金属とPbなどの典型元素との金属間化合物が、官能基選択的水素化や酸化脱水素などの反応に高い選択性を示すことを見出した。化合物表面における原子の幾何学的配列および電子状態を求め、それらが触媒性能と強く相関していることを明らかにした。金属間化合物は触媒として高いポテンシャルをもつと結論した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】23560244 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エネルギー利用 / エネルギー変換 / エクセルギー / 排熱利用 / 多孔質体 / 水素製造 / 固体酸化物形燃料電池 / Gadolinia Doped Ceria / 固体電解質形燃料電池 / スパッタリング法 / ドライメタン / 白金 / アルミナ / ナノスケール / 排熱回収 / 電気化学的部分酸化 / 低温作動 / マイクロチューブ / GDC / CO生成

【研究成果の概要】

マイクロタービンと組み合わせたシステムで8.5ポイントの発電効率向上を得られるEPOxのセル性能と熱取込を，円筒擬似二次元の非等温モデルによる数値解析によって定量化してSOFCの目標を設定した．電極・電解質層に求められるマルチフィジックスな輸送特性を高いレベルで満足するキャラクタリゼーションと製法を確立してから，低温における部分酸化の選択性，炭素析出の抑制力の高いPt/Al2O3触媒をRFスパッタリング法によりアノードと電解質層の界面に実装した．その結果，ドライメタンによる600℃における最大電力密度は207.5mW/cm2，電気化学的部分酸化のCO選択率として84.3%を達成した．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】触媒・化学プロセス

【研究領域課題番号】14205115 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面構造効果 / ナノ粒子 / 白金 / ルテニウム / アルミナ / 逆ミセル法 / ポリオール法 / 炭素包摂ナノ粒子

【研究成果の概要】

含窒素感温性ポリマー存在下、塩化白金酸を水素で還元し、Pt(100)面を有する立方体白金粒子を70%の選択率で得ることに成功した。これをアルミナに担持し、NOとメタンの反応に用いた。500℃処理してもその特徴が残り、通常触媒と反応選択性が大きく異なることを見出した。調製方法を変えることにより、(111)表面を持つ正四面体白金ナノ粒子も開発した。このように単結晶でしか研究できなかった表面構造効果の成果を実用触媒へつなげる道を開発した。
アルミナは高温(1,100℃)では比表面積が小さい(1m^2/g)アルファ型となり、高温触媒に使えない。逆ミセル法で水のナノ粒子中にアルミニウムアルコキシドを追い込んで加水分解させる方法において、改良技術を見いだした。最終的に1,100℃焼成後、Baなしでも14m^2/gのアルファ型、Ba/Al=1/48では75m^2/gのアルファ型、Ba/Al=1/24では156m^2/gのガンマ型アルミナ、Ba/Al=1/12(量論比)では98m^2/gのバリウムヘキサアルミネートなどの高比表面積材料を得ることに成功した。
有機化合物を含むアルミナ前駆体(逆ミセル法焼成前)を不活性気体下1050-1350℃で焼成することにより、炭素でアルミナナノ粒子を包含し、ナノ粒子をいわば"凍結"することに成功した。ナノ粒子が炭素に包接され、シンタリングを防いでいる。1050-1350℃まで(バリウムを全く添加せず)アルミナがガンマ型のままの微結晶に留まる。比表面積は1050℃で35m^2/gであるが、結晶子径は4nm程度である。このものは炭素とアルミナの両方の性質を表面に残した材料としても利用できる。更にこのものを低温(500-800℃)で空気又は水蒸気処理することにより、炭素を一部又は完全に除去した高表面積(800℃で320m^2/g)ガンマアルミナを製造できた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】54,080千円 (直接経費: 41,600千円、間接経費: 12,480千円)