電気反応場を用いた炭化水素の選択酸化用触媒の活性制御

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環境調和型化学プロセス構築の一環として、炭化水素類の高選択的酸化反応プロセスの構築を試みた。反応場の精密制御のため、電気反応場を利用する発想から、燃料電池システムを反応器として応用した。主として固体電解質燃料電池(SOFC)と溶融炭酸塩燃料電池(MCFC)について酸素分子選択透過膜を有する非エアロビック酸化反応器と見なし、メタンの選択酸化を行った。まず、電極触媒の選択や調製法など、反応システムとしての開発を行い、電気反応場によりLaAlOアノード上で酸化カップリング活性と部分酸化改質活性がスイッチすることを見出した。反応場の分子反応工学的な検討のため、新たに燃料電池-昇温脱離システム(FC-TPD)を開発した。SOFC燃料極触媒上の酸素種の分子論的な挙動を検討し、透過酸素には含酸素型と酸化脱水素型があり、外部ポテンシャルの印加により各々が異なった挙動を示すことを明らかにした。また、燃料極にメタンと酸素の混合物を流通させる通常の触媒酸化においても、同様な活性点の外部ポテンシャル依存性があることを仮定することで、ファラデーの法則からは説明できない、触媒活性点の変化挙動(NEMCA効果)について理解することが可能となった。MCFC反応器についても、おなじアノードを用いると、同様の電気反応場依存性を持つことがわかった。このように、電圧を印可することによる反応制御の可能性を指摘した。また、酸素の透過速度や反応場をマイクロ化した場合のシミュレーションを行った。