光-熱ハイブリット活性型水分解性セラミックの開発

本研究は従来の反応性セラミックによる1500℃付近における2段階水分解熱化学サイクル,M_xO_y=M_xO_<y-δ>+δ/2O_2 (高温酸素放出反応)M_xO_<y-δ>+δH_2O=M_xO_y+δH_2 (低温水分解反応)の反応系に、紫外-可視光応答性のある光半導体を導入して反応温度を低温化させる新しい「光-熱ハイブリット活性型反応性セラミック」を開発することを目的とする。本年度は下記の成果を得た。1.反応試験用試料として反応性セラミックをディスク状のセラミック発泡体に担持した反応デバイスの作製を行った。光半導体で高温安定なSiCとZrO_2の発泡体を作製し、これにNiFe_2O_4/ZrO_2微粉体の反応性セラミックを担持した。石英窓付き反応器に設置し、模擬太陽集光を直接照射して1400℃に加熱し、光-熱ハイブリットによる活性化を試みた。この反応デバイスによる反応器は大型化も可能な設計であり、従来にない独特な方式と評価できる。2.反応デバイスの構造変化を追跡し、ZrO_2発泡体のデバイスでは1400℃の活性化によりNiFe_2O_4を活性相のNi_<1/3>Fe_<2/3>Oへ還元できることを確認した。1000℃で水分解反応を行うと、水素を発生してNi_<1/3>Fe_<2/3>OがNiFe_2O_4へ再酸化され、サイクル反応が可能であることが見出された。3.熱でのみ活性化を行った場合の反応効率を上回る結果は見られなかったが、これは、模擬太陽光照射下ではデバイスの温度分布が大きいため熱活性を十分に引き出せず、また光照射面積が十分でないことから光活性も十分に発現されてないことが要因と推察した。4.今後は、本研究の成果を踏まえ、光照射が反応性セラミック粒子全体にいき渡る粉体流動層系で、光-熱ハイブリット活性化を検討することとし、試験用の石英窓を備えた流動層反応器を作製した。

本研究は従来の反応性セラミックによる1500℃付近における2段階水分解熱化学サイクル,M_xO_y=M_xO_<y-δ>+δ/2O_2 (高温酸素放出反応)M_xO_<y-δ>+δH_2O=M_xO_y+δH_2 (低温水分解反応)の反応系に、紫外-可視光応答性のある光半導体を導入して反応温度を低温化させる新しい「光-熱ハイブリット活性型反応性セラミック」を開発することを目的とする。本年度は下記の成果を得た。1.反応試験用試料として反応性セラミックをディスク状のセラミック発泡体に担持した反応デバイスの作製を行った。光半導体で高温安定なSiCとZrO_2の発泡体を作製し、これにNiFe_2O_4/ZrO_2微粉体の反応性セラミックを担持した。石英窓付き反応器に設置し、模擬太陽集光を直接照射して1400℃に加熱し、光-熱ハイブリットによる活性化を試みた。この反応デバイスによる反応器は大型化も可能な設計であり、従来にない独特な方式と評価できる。2.反応デバイスの構造変化を追跡し、ZrO_2発泡体のデバイスでは1400℃の活性化によりNiFe_2O_4を活性相のNi_<1/3>Fe_<2/3>Oへ還元できることを確認した。1000℃で水分解反応を行うと、水素を発生してNi_<1/3>Fe_<2/3>OがNiFe_2O_4へ再酸化され、サイクル反応が可能であることが見出された。3.熱でのみ活性化を行った場合の反応効率を上回る結果は見られなかったが、これは、模擬太陽光照射下ではデバイスの温度分布が大きいため熱活性を十分に引き出せず、また光照射面積が十分でないことから光活性も十分に発現されてないことが要因と推察した。4.今後は、本研究の成果を踏まえ、光照射が反応性セラミック粒子全体にいき渡る粉体流動層系で、光-熱ハイブリット活性化を検討することとし、試験用の石英窓を備えた流動層反応器を作製した。