アドアトム法によるナノスケール反応場設計

使用原子方法设计纳米级反应场

• 批准号: 08232242
• 负责人: 渡辺 政廣
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08232242/
• 关键词: 高分子電解質; 燃料電池; 改質ガス; 一酸化炭素酸化; ゼオライト; 白金; ルテニウム; 選択的酸化

高効率・無公害の小型発電、電気自動車用動力源として、大きな注目を集めている高分子型燃料電池(PEFC)の燃料に改質ガスを用いるためには、ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)を、10ppm以下まで低減することが必要不可欠である。本研究では、改質模擬ガス(1%CO、残H_2)中のH_2を殆ど損失することなく、COを高選択的、高反応速度で酸化除去する新触媒、及び100ppmレベルの残留CO共存下でも作動可能な耐CO被毒アノード用合金電極触媒の設計を目的に研究した。本年度は以下の成果を得た。(1)Pt触媒をイオン交換法で担持した各種ゼオライト触媒を調整し、その分子細孔径とCO選択除去性、反応性との関係を固定床流通反応器を用いて調べた。その結果、通常のPt/Al_2O_3に比べ、著しく高い選択酸化性が得られた。分子孔径の小さいゼオライト触媒ほど選択性が高く、反応性はその逆の依存性を示すことが分かった。選択性、反応性の両観点からモルデナイト担体を選択した。(2)Pt以外にRu,Pd等の単味触媒をモルデナイト担体(M)に担持し、CO選択酸化性、反応性を調べ、量論比のO_2添加にも関わらずRu/Mが驚異的な100%の選択性を示すと共に、触媒担持量が1/4でも100%COを除去できることを明らかにした。また、触媒安定性についても確認し、実用触媒として、極めて有望であることを明らかにした。(3)RFスパッタリング装置を用い、Ptベースの種々の薄膜合金触媒を作成し、回転電極法により、反応ガス(100ppmCO,残H_2)中でのアノード触媒性能を調べた。従来のPt-Ruに加え、Pt-Fe,Pt-Ni,Pt-Mo合金と同等の耐CO被毒性の優れた新触媒を見出し、その最適組成を明らかにした。また、その合金化による耐被毒性の発現が、H_2解離吸着のための隣接する対サイトの生成によることを実証した。(4)水晶振動子にPt、Ruを蒸着し触媒として用いたマイクロバランス(QCM)により、改質模擬ガス(1%CO、残H_2)中でのCO被服率、O_2導入時の酸化反応性を原子レベルで検出し、酸化反応の解析を行った。今後この手法により、触媒設計、反応解析が可能なことを明らかにした。

High efficiency, pollution-free, small power generation, electric power automatic vehicle power source, large power generation, high efficiency, high efficiency The purpose of this study is to design a new catalyst for H_2 degradation in a modified simulation system (1%CO, residual H_2), for high CO selectivity, for high reaction rate, for acidizing removal, and for alloy electrode catalysts for CO degradation resistance under residual CO blueshifting conditions above 100ppm. The following results were achieved during the year. (1)Pt The catalyst exchange method supports the adjustment of the molecular pore size, CO selectivity and reactivity of the fixed-bed flow reactor. As a result, the Pt/Al_2O_3 ratio is usually higher than that of the Pt/Al_2O_3 ratio, and the acidity is higher than that of the Pt/Al_2O_3 ratio. The molecular pore size is small, the selectivity is high, the reactivity is high, and the dependence is high. Selective, reactive and selective support (2)Pt In addition to Ru,Pd and other single flavor catalyst support (M) support, CO selective acidification, reactivity modulation, quantitative ratio of O_2 addition, Ru/M for amazing 100% selectivity, catalyst support up to 1/4, 100% CO removal, etc. The stability of the catalyst is confirmed, the catalyst is used, and the catalyst is expected to be used. (3)RF The catalyst performance of Pt thin film alloy catalyst in the reaction system (100 ppm CO, residual H_2) was adjusted by the method of reverse electrode. Pt-Ru, Pt-Fe,Pt-Ni,Pt-Mo alloys and new catalysts with excellent CO toxicity resistance have been developed and optimized. It is proved that the alloy can resist the toxicity and the H_2 dissociation and adsorption can be produced. (4)The CO coverage rate, acidification reactivity, and analysis of acidification reactionin the presence of Pt and Ru in crystal oscillator vapor catalysts (QCM), modified simulation systems (1%CO, residual H_2), and O_2 were investigated. In the future, the method, catalyst design and reaction analysis will be possible.

项目成果

Masahiro WATANABE: "Direct Methanol Oxidation on Platinum Electrodes with Ruthenium Adatoms in Hot Phosphoric Acid" Journal of the Electrochemical Society. 144. 423-428 (1997)

Masahiro WATANABE：“热磷酸中钌原子在铂电极上的直接甲醇氧化”电化学学会杂志。

Hiroshi IGARASHI: "Removal of Carbon Monoxide from Hydrogen-rich Fuels by Selective Oxidation over Platinum Catalyst Supported on Zeolite" Applied Catalyeis. (in press). (1997)

Hiroshi IGARASHI：“通过沸石支持的铂催化剂选择性氧化从富氢燃料中去除一氧化碳”Applied Catalyeis。

Masahiro WATANABE: "Electrochemical Oxidation of Methanol on Platinum Electrodes with Ruthenium Ad-atoms in Hot Phosphoric Acid" DENKI KAGAKU. 64,No.6. 462-463 (1996)

Masahiro WATANABE：“在热磷酸中用钌原子在铂电极上电化学氧化甲醇”DENKI KAGAKU。