新規な透過原理に基づく完全水素選択性セラミック膜の創製

基于新颖的渗透原理创建完全氢选择性陶瓷膜

基本信息

批准号：
14655293
负责人：
都留稔了
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655293/
关键词：
プロトン伝導チタンリン酸化物チタニア電気伝導率

项目摘要

アモルファス状態のシリカやチタニアなど酸化物はその分子構造がネットワーク構造を有し,ヘリウムや水素分子のみが透過可能,あるいは,ヘリウムや水素分子すら透過困難な微小な細孔を形成する。このネットワークにはsiOH基あるいはTiOH基が存在し,これらのOH基のHは水素イオンとして拡散移動することが可能であり,高いプロトン伝導性を示すことが示されている。本研究では,シリカあるいはチタニアを用い,プロトン伝導性薄膜の創製を行うことを研究目的としている。プロトン伝導性が発現することが明らかとなれば,プロトン伝導性を有するセラミックスと白金などの電子伝導性材料をナノサイズで並列複合化することで,新規な水素分離膜の創製が可能になると考えられる。昨年度は,プロトン伝導性薄膜の創製に関する研究を行ない,チタンテトライソプロポキシド(TTIP)とリン酸を出発原料とするチタンリン複合酸化物は,高いプロトン伝導性を有することを明らかとした。今年度は,ゾルゲル法によりチタンリン複合酸化物をスライドガラス,SUS管,Anodisc,カーボンシート上に製膜する手法を確立した。さらに,表面抵抗および体積抵抗の測定により,温度50-300℃,湿度0-10%におけるプロトン伝導率の評価を行ない,300℃,水蒸気圧50kPaにおいても0.01S/cm程度の高い値を示すこと,150℃では水蒸気が5kPa程度(相対湿度で約1%)で10^<-1>S/cm程度に増加することも明らかとした。高温水蒸気下では,電気伝導率は徐々に低下することが示され,EDX測定より膜中のリンが減少していることが明らかとなった。そこで,製膜直後のチタンリン複合酸化物を水中へ浸漬することによって,膜の安定性が向上することを見出した。

无定形状态的二氧化硅和二氧化钛等氧化物具有网络结构，它们是分子结构，形成小孔，仅通过氦和氢分子，甚至是氦和氢分子。该网络中有SIOH或TIOH组，这些OH基团的H可以扩散并作为氢离子转移，并且已证明其表现出较高的质子电导率。这项研究旨在使用二氧化硅或二氧化钛创建质子导电薄膜。如果可以显然可以实现质子电导率，则可以认为，通过质子电导率陶瓷和电子导电材料（例如纳米尺寸形式的铂）的平行复合，可以创建一个新的氢分离膜。去年，我们对质子传统薄膜的创建进行了研究，并揭示了使用四氧化钛（TTIP）（TTIP）和磷酸作为起始材料，具有高质子电导率。今年，我们已经建立了一种使用Sol-Gel方法在滑动玻璃，SUS管，阳极盘和碳纸板上形成磷磷复合氧化物的方法。 Furthermore, by measuring the surface and volume resistance, the proton conductivity was evaluated at temperatures of 50-300°C and humidity of 0-10%, and it was clear that the value was high at 300°C and water vapor pressure of 50 kPa, and that at 150°C, the water vapor increases to about 10^<-1>S/cm at about 5 kPa (about 1% relative humidity).在高温蒸汽下，电导率逐渐降低，EDX测量结果表明，膜中的磷被降低。因此，发现通过在水中形成后立即浸入磷磷复合氧化钛复合氧化钛复合材料来提高膜的稳定性。