Innovative reaction system with external fields for three-dimensional nanoporous catalysts

三维纳米多孔催化剂的创新外场反应系统

基本信息

批准号：
22K18929
负责人：
藤田武志
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kochi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18929/
关键词：
コロナ放電ガス触媒ナノポーラス金属

项目摘要

極力小さいエネルギーで触媒反応を促進させるために、我々は使用エネルギーが小さいコロナ放電とナノポーラス金属材料を組み合わせる新しいシステムの構築を試みている。ナノポーラス金属は、ナノサイズの微細構造を持つ一繋がりの構造である。一繋がりの構造体であるという特徴から高い電気伝導性を併せ持っている。また、コロナ放電は電極先端のような尖った箇所に電圧が集中することで発生するという特性を持つ。したがって、ナノポーラス金属のような微細構造を持つ物質を用いることで反応を効率的に促進できるのではないかと着想した。本年度は、使用エネルギーの小さいコロナ放電とナノポーラス銅(以後NPCu)を組み合わせた構築により、高い反応転換率を目指すことを目的とした。まずは、CO 酸化反応で高い反応転換率が得られるかを確認し、その後にドライリフォーミングメタン(DRM)反応を行った。NPCu の前駆体合金として、厚さ0.05mm のCu-Mn 板を使用して、ジグザグに切ったり筒状に丸めたりして構造体を作った。次に50℃の1.0M 硫酸アンモニウムで12 時間脱合金化した。触媒反応装置のガラス管内部に構造化触媒を入れ、反応ガスを流した。静電気発生装置を用いて静電圧を触媒に印加し、ガスクロマトグラフィーで反応ガスの濃度を測定した。また、ナノポーラス化した触媒を走査電子顕微鏡(SEM)で観察した。CO 酸化反応では、CO 転換率が最大77％の結果が達成された。しかし、最大のCO 転換率が得られた構造化触媒を用いてDRM 反応を行ったところ、CO2転換率は2％と低かった。

为了用尽可能少的能量促进催化反应，我们正在尝试构建一种将纳米多孔金属材料与电晕放电相结合的新系统，该系统使用更少的能量。纳米多孔金属是具有纳米级微观结构的连续结构。由于它是连续结构，因此还具有较高的导电性。此外，电晕放电具有当电压集中在电极尖端等尖锐点时发生的特征。因此，他们提出了通过使用纳米多孔金属等具有精细结构的物质来有效促进反应的想法。今年，我们的目标是通过构建一种结合使用较少能量的电晕放电和纳米多孔铜（以下简称NPCu）的结构来实现高反应转化率。首先，我们确认CO氧化反应是否可以获得高反应转化率，然后进行干重整甲烷（DRM）反应。使用厚度为0.05mm的Cu-Mn板作为NPCu的前体合金，通过将其切割成锯齿形并轧制成圆柱形来制成结构。接下来，用1.0M硫酸铵在50℃下脱合金12小时。将结构化催化剂放置在催化反应器的玻璃管内，并使反应气体通过其中。使用静电发生器对催化剂施加静电电压，并使用气相色谱法测量反应气体的浓度。此外，使用扫描电子显微镜(SEM)观察纳米多孔催化剂。在CO氧化反应中，CO转化率高达77%。然而，当使用产生最高CO2转化率的结构化催化剂进行DRM反应时，CO2转化率低至2%。