【研究領域課題番号】20K21233 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水素 / 触媒 / 化学的水素貯蔵法 / 普遍金属 / エネルギー / ケイ素 / 化学的水素貯蔵 / 水素キャリア / 結合活性化 / ケイ素化合物 / 金属ケイ素触媒

【研究成果の概要】

本研究では、水素分子の捕捉・活性化に対し高い活性を示す鉄触媒の開発と、これを用いた不飽和有機基質への触媒的な水素付加の開発を達成した。本触媒系の特徴的な点として、水素圧1気圧という非常に温和な条件下で、多様な不飽和有機基質への水素付加が可能であるという点が挙げられる。さらに反応温度も80度と比較的温和であるという特徴もある。本触媒系では、独自に開発した高反応性鉄触媒を用いることでまず反応開発を達成したが、併せて、市販品として容易に手に入る試薬を混合するのみで触媒として活用可能な、より実用的な水素化触媒系の開発も行った。

【研究の社会的意義】

持続可能な未来社会の実現に向けて、石油・石炭等の化石燃料以外のエネルギー源の、安価で高効率的な活用法の開発は、現代科学における最重要課題の一つである。水素は、低炭素社会の構築を実現するクリーンなエネルギーであり、次世代エネルギーとして注目を集めているが、その効果的な活用には、高効率的な貯蔵・運搬法の開発が必須である。本研究では、水素分子を効率的に捕捉・活性化可能な鉄触媒の開発と不飽和有機基質への水素付加反応を開発したが、これを基盤として、安価な水素貯蔵法の開発へと展開することで、水素エネルギーの広範な分野での活用に向けた基盤が構築可能であると見込まれる。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2020-07-30 - 2022-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究領域課題番号】18H03841 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

燃料電池 / 無機有機コンポジット / 電極 / 中温 / 界面 / エネルギー / 低炭素 / 電解質膜 / 触媒 / 機有機コンポジット / イオノマー / 無加湿 / 固体酸

【研究成果の概要】

本課題では、150℃以上無加湿条件下で作動する次世代中温無加湿型燃料電池の開発を目指す。これを実現するために、耐熱性の高いポリベンゾイミダゾールに、無機系フィラーを添加した独自のコンポジット電解質膜を開発し、特性評価を行った。検討の結果、湿式ミリング法で作製した硫酸水素塩-ヘテロポリ酸系複合体、液相から熱処理によって合成したピロリン酸チタンなどが有効な無機フィラーとして機能することがわかった。さらに電解質・白金触媒・カーボン担体からなる電極三相界面を設計し、固体酸複合体アイオノマーを導入し、Pt＠TiO2コアシェル粒子や還元型酸化グラフェン用いることで過電圧低減と耐久性向上を行った。

【研究の社会的意義】

燃料電池は、石油に代表される化石燃料と水素の両者を燃料として高効率な発電を行うことができ、水素エネルギーに基づく低炭素社会の実現を担う重要なシステムである。本研究の目的は、150℃以上の中温無加湿条件下で作動可能な高性能燃料電池を開発し、低炭素社会の実現に貢献することにある。中温無加湿燃料電池が実現すれば、高価な白金触媒の使用量を低減できる。また、排熱の有効利用や発電システムのコンパクト化が可能となり、家庭用、車両用、建機、ドローンなど用途も広がる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)

【研究分野】無機工業化学

【研究領域課題番号】08355019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インターカレーション / 反応場の制御と構築 / エネルギー / 触媒 / 電気化学的特性

【研究成果の概要】

インターカレションは自然現象として、あるいは人工的に制御、構築された固体物質のなかでトポタクティック反応により、ホスト構造体とゲスト分子あるいはゲストイオンとの間で種々の相互作用やイオン移動、電荷移動を伴い、固溶体生成や相転移現象あるいは触媒機能が見いだされる。本研究では反応場の制御と構築という本質的立場から、各種の新機能を発現するインターカレーション物質を設計し合成していくための基礎研究として各分野の専門家が集まり総合討論を行った。
総合討論会は平成8年12月26-27日、KKR沼津保養所「はまゆう」にて、27名のメンバーが集まって行われた。ここでは、イオン-電子混合伝導体中での電子輸送現象、メスバウワ測定によるデインターカレーションの際の鉄の電子状態の変化、固体電解質のヘテロ接合のセンサーへの応用、強電子相関系へのインターカレーションの試み、層状ペロブスカイト型複合酸化物の光触媒効果、メカニカルアロイング法による低次元カルコゲナイドの合成、カーボンへの水素およびリチウムインターカレーション、スピネル酸化物中でのリチウムイオン拡散、リチウムインターカレートしたグラファイト表面のSTM観察、リチウム遷移金属窒素化合物へのインターカレーション機構、リチウムマンガンスピネルをベースとする新規正極材料、リチウム含有鉄酸化物およびニッケル酸化物の構造と電気化学的特性、といった問題が広く議論され、各テーマの問題点のうち、特にそれらの間の相互の関係が多く指摘された。さらに未解決の問題も提起され、この種の総合研究の重要性が明らかにされた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)