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。

在这个研究项目中，我们正在开发一种使用化学循环系统的水热化学分解工艺，目的是利用废热生产氢气。高活性氧载体纳米颗粒使这一过程成为可能。氧载体被热还原产生氧气，而被还原的氧载体被水氧化得到氢气。今年，热重分析被用来评估氧载体的氧释放及其与水的反应性。着眼于1000℃以下的温度，我们从热力学数据库证实，还原的CeO2与水反应并释放氢气，而CuO通过热还原被还原为Cu2O，同时释放氧气。此外，基于Cu2O-CeO2的稳定性，证实CeO2的晶格氧可以用于Cu2O的氧化。事实上，我们证实氢还原的CeO2在低于600℃的温度下与水反应生成氢气，而CuO在800℃时发生热还原。针对Cu2O-CeO2之间的氧传递，合成并分析了复合材料。结果，由于CuO-CeO2之间的氧转移不充分，无法确认氢气的产生。我们研究了 CeO2 纳米粒子上的金属/金属氧化物涂层，以控制界面条件，使二氧化铈和在低温下释放氧气的金属或金属氧化物之间能够顺利进行氧转移。关于界面的控制，在Pt-CeO2体系中，通过改变CeO2的还原程度和控制表面的电子状态，可以增加Pt-CeO2的相互作用并实现高度分散的负载。变得通过开发这种方法，我们将进一步研究不同相界面的控制。

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