光-熱ハイブリット活性型水分解性セラミックの開発

光热复合活化水分解陶瓷的研制

• 批准号: 15656243
• 负责人: 児玉 竜也
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656243/
• 关键词: 水の熱分解; 光触媒; 熱化学サイクル; 光半導体; 水素製造; 金属酸化物; 酸化還元; 集光太陽熱

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。

In this study, the thermal chemistry of the two-stage water decomposition at 1500℃ was studied. M_xO_y=M_xO_<y-δ>+δ/2O_2 (High temperature acid release reaction)M_xO_<y-δ>+δH_2O=M_xO_y+δH_2 (low temperature water decomposition reaction) in the reaction system, ultraviolet-visible light response of the introduction of optical semiconductor, reaction temperature, low temperature, new "light-thermal active type reaction" to develop the purpose. The results of the year were recorded. 1. The sample used in the reaction test is supported by the reaction foam. The preparation of SiC and ZrO_2 vesicles, which are stable at high temperature, and the support of the reflectivity of NiFe_2O_4/ZrO_2 micropowders Quartz reflector settings, simulation of solar direct irradiation at 1400℃ heating, light-heat separation and activation The design of this type of reflector is unique and can be scaled up. 2. The structural transformation of ZrO_2 vesicles was traced and the activation of ZrO_2 vesicles at 1400℃ was confirmed by Ni_(1/3)>Fe_(2/3)>O_(2). At 1000℃, the decomposition of water and the formation of water element Ni_(1/3)>Fe_(2/3)>O_(NiFe_2O_4) are possible. 3. The results show that the temperature distribution of heat and light under simulated sunlight is very high, and the photoactivity is very high. 4. In the future, the results of this research will be further developed, and the powder flow layer system, the light-thermal activation of the particles, and the quartz layer reactor used for the test will be manufactured.

项目成果

Degradation of hydrophobic organic pollutants by titania pillared fluorine mica as a substrate specific photocatalyst

• DOI: 10.1016/j.apcatb.2004.08.005
• 发表时间: 2005-01
• 期刊: Applied Catalysis B-environmental
• 影响因子: 22.1
• 作者: Ken-ichi Shimizu;H. Murayama;Ayumi Nagai;Aiko Shimada;Tsuyoshi Hatamachi;T. Kodama;Y. Kitayama

Structural investigation of functionalized mesoporous silica-supported palladium catalyst for Heck and Suzuki coupling reactions

用于 Heck 和 Suzuki 偶联反应的功能化介孔二氧化硅负载钯催化剂的结构研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Catalysis 228巻
• 作者: K.-I.Shimizu;K.-I.Shimizu;T.Kodama;K.-I.Shimizu;K.-I.Shimizu
• 通讯作者: K.-I.Shimizu

Alkaline earth cation exchange with novel Na-3-mica: kinetics and thermodynamic selectivities

• DOI: 10.1039/b314013j
• 发表时间: 2004-03
• 期刊: Journal of Materials Chemistry
• 作者: Ken-ichi Shimizu;K. Hasegawa;Yumiko Nakamuro;T. Kodama;S. Komarneni

児玉 竜也: "Stepwise production of CO-rich syngas and hydrogen via methane reforming by a WO_3-redox catalyst"Energy. 28巻. 1055-1068 (2003)

Tatsuya Kodama：“利用 WO_3-氧化还原催化剂通过甲烷重整逐步生产富含 CO 的合成气和氢气”，Energy，28. 1055-1068 (2003)。

Ultrafine Na-4-mica : Uptake of Alkali and alkaline earth metal cations by ion exchange

超细Na-4-云母：通过离子交换吸收碱金属和碱土金属阳离子

• 发表时间: 2004
• 期刊: Langmuir 20巻
• 作者: K.-I.Shimizu;K.-I.Shimizu;T.Kodama
• 通讯作者: T.Kodama