低温プラズマー触媒複合型高効率反応システムにおける触媒表面反応の解明と触媒設計

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天然ガス(CH_4)改質は、将来のエネルギー源として多大なる注目を浴びている。しかし、天然ガス改質には未だ多くの問題が存在し、その一つとして挙げられるのが、C-H結合を活性化させるために高温雰囲気が必要であることである。高温雰囲気を実現するためには、多くのエネルギーを必要とするため、プロセスの低温化によって改質時の消費エネルギーを低減させることが可能となる。そこで、我々が注目した手法が、非平衡プラズマを用いた改質プロセスである。電子の平均エネルギーが5-10eVであるという特徴を持つ非平衡プラズマを用いることによって、低温においてCH_4分子の結合を活性化することが可能となる。また、このプロセスでは、H_2を得ると同時に、燃料電池で用いることができる液化酸化物を得ることが可能であるため、非常に魅力的である。しかし、非平衡プラズマのみでは、目的とする生成物の収率が低いことから、我々は非平衡プラズマと触媒の複合プロセスを用いて研究を行っている。この複合プロセスにより、摂氏100-200℃という低温で、目的物の収率を上げるための反応パスの制御が可能となる。現在まで、プラズマ反応解析と同位体を用いた実験により、気相における化学反応機構を明らかにしてきた。現在は、CH_4/O_2/H_2OからH_2と液化酸化物への選択性を向上させるために、触媒合成を行っている。また、非平衡プラズマと触媒反応の相乗効果によって改質効率を上昇させるため、in-situ FTIR分光法を用いて、触媒表面の反応機構の解明に努めている。