金属ナトリウム微粒子で探る、水酸化ナトリウムからの水素放出反応挙動

使用金属钠颗粒探索氢氧化钠的氢释放反应行为

• 批准号: 22K14773
• 负责人: 土井 大輔
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14773/
• 关键词: 水素; 金属ナトリウム; 低沸点溶媒; X線回折（XRD）; 熱重量・示差熱分析（TG－DTA）; 質量分析（MS）; 熱分析; ラマン分光分析; 量子化学計算

金属ナトリウム（Na）と水酸化ナトリウム（NaOH）が反応して水素が放出される反応（Na＋NaOH反応）は、ナトリウム－酸素－水素で構成される反応系で生じ得る他の水素放出反応と比べて、反応挙動（反応速度及び反応過程）が十分に解明されていない。本研究では、切出したナトリウム小片と水酸化ナトリウム粉末による不均質な混合試料ではなく、新たに作製する金属ナトリウム微粒子（粉末）による均質な混合試料を使用した熱分析（熱重量・示差熱分析及び質量分析（TG－DTA／MS））で反応速度を求め、温度可変の化学分析（X線回折測定及びラマン分光分析）と量子化学計算を併用して反応過程を明らかにする。2022年度は、ナトリウム微粒子の作製技術を開発し、作製試料を用いたNa＋NaOH反応の熱的挙動について熱分析を開始した。ナトリウム微粒子作製では、鉱物油中に分散したナトリウム微粒子を抽出するべく、鉱物油を低沸点溶媒に置換した後に、不活性雰囲気下で低沸点溶媒を蒸発させ、乾燥粉末を作製した。そして、粉末X線回折（室温）及び熱分析（TG－DTA／MS）で粉末の特性を評価した。その結果、粉末のX線回折プロファイル及び昇温時の融点はナトリウムと一致し、昇温過程で有意な重量減少は生じないため、ほぼ不純物を含有しないナトリウム微粒子の粉末であることが示唆された。また、Na＋NaOH反応の熱的挙動分析では、上記のナトリウム粉末と、水酸化ナトリウム粉末による均質な混合試料の熱分析（TG－DTA／MS）を行った。その結果、従来の不均質な混合試料に比べて、質量分析において反応温度を特定できる鋭い水素放出ピークが検出され、混合試料内で均質な反応場が形成されていることが示唆された。

金属钠 (Na) 与氢氧化钠 (NaOH) 反应释放氢气的反应（Na+NaOH 反应）与钠-氧-氢组成的反应体系中可能发生的其他氢气释放反应进行了比较。行为（反应速率和反应过程）尚未完全阐明。在这项研究中，热分析（热重/差热分析和质谱（TG-DTA/MS））确定反应速率，并结合变温化学分析（X射线衍射测量）揭示反应过程和拉曼光谱）和量子化学计算。 2022 财年，我们开发了一种生产钠细颗粒的技术，并开始使用生产的样品对 Na+NaOH 反应的热行为进行热分析。在钠细颗粒的生产中，为了提取分散在矿物油中的钠细颗粒，将矿物油替换为低沸点溶剂，然后在惰性气氛下蒸发低沸点溶剂以制备干燥的钠细颗粒。粉末。然后使用粉末 X 射线衍射（室温）和热分析（TG-DTA/MS）评估粉末的性能。结果，该粉末的X射线衍射图和加热熔点与钠相匹配，并且在加热过程中没有发生明显的重量损失，这表明它是几乎不含杂质的钠细颗粒粉末。此外，为了分析Na+NaOH反应的热行为，对上述钠粉末和氢氧化钠粉末的均匀混合样品进行热分析(TG-DTA/MS)。结果，与传统的异质混合样品相比，质谱检测到了尖锐的氢释放峰，可以识别反应温度，表明混合样品内形成了均匀的反应场。