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新規エネルギー変換材料による水素製造

利用新能源转换材料制氢

基本信息

批准号：
11874096
负责人：
原亨和
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの研究から、数多くの単純な金属酸化物の中でNiO、Co_3O_4、Cu_2O、Fe_3O_4、RuO_2、IrO_2のみがメカノキャタリシスによる水の全分解反応の触媒となることが明らかになった。同じ反応条件ではでNiO、Co_3O_4が高い触媒活性を示す一方、RuO_2、IrO_2は低活性であった。この触媒反応は前述のように反応容器底面とその上で回転する回転体の間に挟まれた触媒粒子に力学的エネルギーが加えられて進行するが、その水の分解活性は触媒の粒径、回転体の形状、回転体と反応容器底面の間にかかる圧力に大きく依存した。触媒粒経がサブミクロンオーダーの場合、反応容器底面と回転する攪拌子の間にある小さな触媒粒子に充分な力学的エネルギーが与えられないために水分解活性は非常に小さい。平らな反応容器底面に回転体を線接触した時の活性は面接触の場合より高く、回転体を反応容器底面に押し付ける力に比例して水の分解速度が大きくなった。これらの結果は触媒粒子に加えられる圧力が高いほど触媒に与えられる力学的エネルギーが大きくなり、水の全分解速度が速くなることを示している。各々の反応条件下、これらの金属酸化物触媒の中でNiOが最も高い水の分解活性をもち、力学的エネルギーの変換効率は4-10%に達した。一方、RuO_2、IrO_2は最適条件下においても低い活性しか示さなかった。また、NiO、Co_3O_4、Cu_2Oを用いて反応メカニズムの解明が試みた結果、反応条件下でこれらの金属酸化物表面の一部は金属まで還元され、再び元の酸化物に戻ることが明らかになった。このことは触媒表面でレドックス反応が進行していることを示している。分光学的な解析も行われ、水がない状態でCu_2Oに力学的エネルギーを回転体によって与えると波長600nm未満(>2.1eV)の発光が検出された。Cu_2Oのバンドギャップエネルギーが2.1eVであることを考慮すると、力学的エネルギーを与えられたCu_2Oでは電子のバンドギャップ遷移が起きていることが考えられる。他の触媒の分光学的実験は現在継続中であるが、Cu_2Oのメカノキャタリシスでは力学的エネルギーがバンドギャップ遷移を起し、これが触媒表面でのレドックス反応のドライビングフォースとなっていることが予想された。

In this paper, we study the catalytic properties of NiO, Co_3O_4, Cu_2O, Fe_3O_4, RuO_2 and IrO_2 in pure metal acids. Under the same reaction conditions, NiO and Co_3O_4 have high catalytic activity, while RuO_2 and IrO_2 have low catalytic activity. The catalyst reaction depends on the particle size of the catalyst, the shape of the catalyst, and the pressure between the catalyst and the bottom of the reactor. In the case of catalyst particles, the bottom of the reactor and the stirring medium are very small, and the catalyst particles are fully mechanically active. When the active surface contacts the bottom surface of the container, the ratio of the pressure on the bottom surface of the container to the pressure on the bottom surface of the container increases. The result is that the catalyst particles increase the pressure, the catalyst and the mechanics increase the speed, and the water decomposition rate increases the speed. Under all reaction conditions, NiO is the most active catalyst for the decomposition of water, and the conversion efficiency of NiO is 4-10%. Under the optimum conditions, RuO_2 and IrO_2 showed low activity. The results show that some metals on the surface of the metal acid compound are reduced and some metals on the surface of the metal acid compound are reduced under the reaction conditions. The catalyst surface is covered with a thin layer of water. The spectral analysis of Cu_2O in aqueous state and Cu_2O in mechanical state is based on the optical properties of Cu_2O and Cu_2O in aqueous state. Cu_2O has a high temperature and a low temperature. Cu_2O has a high temperature and a high temperature. Cu_2O has a high temperature and a high temperature. Cu_2O has a high temperature and a high temperature. Cu_2O has a high temperature and a high temperature. The spectroscopic properties of Cu_2O catalysts are expected to be investigated in the light of the mechanical properties of Cu_2O catalysts.