非平衡プラズマが創る新規触媒機能と活性種輸送・表面反応ダイナミクス解明

阐明非平衡等离子体、活性物质传输和表面反应动力学产生的新型催化功能

基本信息

批准号：
19J00517
负责人：
亀島晟吾
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は、プラズマ触媒反応における反応診断法の開発を目的としている。本年度はプラズマ触媒反応によるメタンの脱水素反応による触媒表面の化学状態を観察した。プラズマは誘導結合プラズマを、触媒はLa-Ni/Al2O3触媒を使用した。触媒表面の化学状態の観察は担体中のCr3+（不純物）をプローブとした蛍光分析法を使用した。本研究で用いる蛍光分析は、触媒反応に伴いCrイオンの価数が変化することで蛍光強度が変化することを利用したものである。メタンの脱水素反応は一般に熱反応では400 °C以上の温度で顕著に進行するが、室温において酸化されたLa-Ni/Al2O3触媒をCH4プラズマで処理することによりCr3+の蛍光強度が減少した。これは、メタンの脱水素反応が触媒上で進行していることを示している。この時、装置容積に対して触媒が非常に小さかったため、反応後のガス分析は困難であったが、蛍光強度の観測は可能であった。本研究のような低ガス圧プラズマ中に触媒を設置する手法では、装置内容積に対して触媒が小さいため、ガス分析は困難であるが、本手法では、触媒表面からの蛍光を観察するため、低ガス圧プラズマ中の触媒反応の診断が可能となる。これにより、プラズマパラメータの診断が容易な低ガス圧プラズマにおけるプラズマ触媒反応を診断することで、電子温度や振動温度、ラジカル密度等による効果を分離して評価することが可能となることが考えられるため、プラズマ触媒反応の診断法として、本手法は高い価値があると考えられる。

该研究主题旨在为血浆催化反应开发一种反应诊断方法。今年，我们观察到由于血浆催化反应甲烷脱氢而导致催化剂表面的化学状态。血浆是电感耦合的血浆，催化剂是LA-NI/AL2O3催化剂。使用载体中的CR3+（杂质）作为探针，使用荧光分析方法观察到催化剂表面的化学状态。这项研究中使用的荧光分析利用荧光强度的变化，因为CR离子的价随催化反应而变化。在热反应中，甲烷脱氢作用通常在高于400°C的温度下显着发展，但是在室温下用CH4等离子体处理氧化的LA-NI/AL2O3催化剂，可降低CR3+的荧光强度。这表明甲烷的脱氢反应在催化剂上发展。目前，对于设备体积，催化剂非常小，使反应后的气体分析难以观察到荧光强度。在将催化剂安装在低气压血浆中的方法中，例如在这项研究中，气体分析很困难，因为催化剂相对于设备的内部体积很小，但是在这种方法中，观察到来自催化剂表面的荧光，从而可以诊断出低gas压力等离子体中的催化反应。这使得通过诊断低加热压力等离子体中的等离子体催化反应，可以通过电子温度，振动温度，根部密度等分离和评估效应，从而可以轻松诊断血浆参数。该方法被认为是血浆催化反应的诊断方法的高价值。