Water Splitting by low-temperature waste heat

低温余热分解水

• 批准号: 20K20548
• 负责人: 阿尻 雅文
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20548/
• 关键词: 水の熱化学分解; ケミカルループ; 水素製造; 酸素キャリア; 低温廃熱; Water-Splitting; 界面; 未利用熱

本研究課題では、廃熱を利用した水素製造を目的に、ケミカルルーピングシステムを用いた水の熱化学分解プロセスの開発を行っている。本プロセスを可能にするのは、高活性酸素キャリアナノ粒子である。酸素キャリアを熱還元し、酸素を生成させ、一方で、還元された酸素キャリアを水により酸化し、水素を得る。本年度は、熱重量分析を用いて、酸素キャリアの酸素放出と、水との反応性を評価した。1000 °C以下の温度に着目し、熱力学データベースから、還元CeO2は水と反応し水素を出すこと、CuOは熱還元で酸素を出しながらCu2Oに還元されることを確認した。また、Cu2O-CeO2の安定性から、CeO2の格子酸素がCu2Oの酸化に使われる可能性があることを確認した。実際に、水素還元されたCeO2は600 °C以下で水と反応し水素を生成すること、CuOは800 °Cで熱還元することを確認した。Cu2O-CeO2間の酸素移動に着目し、複合材料を合成し、分析を行った。結果として、CuO-CeO2間での酸素の移動が十分ではなかったため水素生成は確認できなかった。低温で酸素を放出する金属または金属酸化物とセリア間でスムーズに酸素が移動できる界面状態の制御を行うため、CeO2ナノ粒子上への金属/金属酸化物コーティングを検討した。界面の制御に関しては、Pt-CeO2系で、CeO2の還元度を変化させて表面の電子状態を制御して、担持を行うことで、Pt-CeO2の相互作用を高めて、高分散担持が可能になることを明らかにした。この手法の展開によりさらに、異相界面制御を検討する。

该研究主题是使用化学循环系统开发水的热化学分解过程，目的是使用废热产生氢。高活性的氧载体纳米颗粒使此过程成为可能。氧气载体被减小以产生氧气，而还原的氧载体用水氧化以获得氢。今年，使用热重分析来评估氧载体的氧释放及其与水的反应性。从热力学数据库中证实，专注于低于1000°C的温度，降低CEO2与水反应以发出氢，并通过热还原排出氧气，而CUO降低至Cu2O。此外，由于CU2O的稳定性，CEO2的晶格氧可用于CU2O的氧化。实际上，已经证实，氢还原的CEO2在600°C以下形成氢，并在800°C下热还原CuO。侧重于Cu2O-CEO2之间的氧转移，合成并分析了复合材料。结果，由于CUO-CEO2之间的氧气转移是不够的，因此无法确认氢的生产。研究了CEO2纳米颗粒上的金属/金属氧化物涂层，以控制界面状态，在该界面状态下，可以在低温和二氧化碳在低温和陶瓷下散发氧气之间平滑地传递氧气或金属氧化物。关于界面控制，可以发现，通过更改CEO2的降低程度以控制PT-CEO2系统中表面的电子状态，可以通过增加PT-CEO2的相互作用来执行支持，并有可能进行高度分散支持。通过开发此技术，我们将进一步研究相互界面的控制。

项目成果

Uniform Organically Modified CeO2 Nanoparticles Synthesized from a Carboxylate Complex under Supercritical Hydrothermal Conditions: Impact of Ce Valence

超临界水热条件下由羧酸盐配合物合成的均匀有机改性 CeO2 纳米颗粒：Ce 价态的影响

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c00088
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Omura Yuki;Yoko Akira;Seong Gimyeong;Nishibori Maiko;Ninomiya Kakeru;Tomai Takaaki;Adschiri Tadafumi
• 通讯作者: Adschiri Tadafumi

Chemical reactions in supercritical water and their applications

超临界水中的化学反应及其应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Adschiri;T.
• 通讯作者: T.

金属酸化物ナノ粒子の複合化による低温酸素吸蔵放出材料の開発

复合金属氧化物纳米粒子低温储释氧材料的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: Kamonvarapitak Thunyapong;笘居 高明;横 哲;成 基明;阿尻 雅文
• 通讯作者: 阿尻 雅文

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超臨界有機修飾による酸化鉄ナノ粒子のサイズ・露出面制御とその酸素貯蔵能

超临界有机改性控制氧化铁纳米粒子的尺寸和暴露表面及其储氧能力

• 发表时间: 2020
• 作者: 渡邉 裕太;横 哲;成 基明;笘居 高明;阿尻 雅文
• 通讯作者: 阿尻 雅文