Steam reforming reaction of aromatic hydrocarbons in unconventional catalytic process

非常规催化过程中芳烃蒸汽重整反应

• 批准号: 16J08316
• 负责人: 瀧瀬 賢人
• 金额: $ 0.19万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J08316/
• 关键词: 水素製造; 水素貯蔵; 表面プロトニクス; 水蒸気改質; 脱水素反応; 電場印加触媒反応; 非在来型資源の活用; 芳香族炭化水素; 電場印加反応; 環式炭化水素; 表面イオニクス; 水分子の解離活性化; 酸化物の表面解析; 電場印加反応場

本年度、芳香族に関連した電場を活かした低温化学反応について、表面イオニクスの視点から新規の研究を進めて、2つの研究成果を導いた。1つ目は、芳香族の水蒸気改質において、表面イオニクスを活かした低温水素製造を可能にしたことである。これまで、芳香族水蒸気改質による水素製造は、550℃以上の温度を必要としてきた。これまで触媒担体の格子酸素が反応をRedox機構により促進することは知られていたが表面格子酸素イオンの移動性の担保には500℃以上の温度が必要であった。しかし高度に表面構造を制御したLa-Sr-Al-O系半導体酸化物に、微細なNi金属を担持することで、直流電場を印加すると表面イオニクスを誘起し、150℃程度の低い温度でも速やかに反応を進めうることを示した。電場印加時には格子酸素がより低温条件で触媒表面にて活性化されることでトルエンを酸化させる。その際に反応中間体である含酸素炭化水素が観測されている。上述のメカニズムは反応速度論解析、同位体酸素を用いた過渡応答解析やin-situ解析を駆使し、解明に成功したものである。2つ目は、メチルシクロヘキサンの脱水素によるトルエンへの転換を用いた水素製造において、プロトンの表面プロトニクスを活かした新たなプロセスを提案し、従来に比して大幅に低温で、効率よく水素を作りうることに成功した。本脱水素反応は従来可逆的な吸熱反応であるため、低温では生成後の水素が反応を阻害する。しかしながら電場印加により生成水素が触媒表面でプロトンがされるとむしろ次の脱水素反応を誘起することが重水素を用いた同位体効果の検討及び速度論解析、DRIFT-IR測定により見出された。本研究成果は水素社会構築のためのエネルギーキャリアを高効率で運用するための成果であり、次世代の水素利用を加速するための技術である。これらの成果を3本の論文、2件の特許にまとめ投稿・掲載した。

今年，我们从表面离子学的角度进行了新的研究，该研究利用了与芳香剂相关的电场，并导致了两个研究结果。首先是，在芳香蒸汽重整中，可以利用表面离子学来实现低温氢的产生。到目前为止，通过芳香蒸汽重整产生的氢需要高于550°C的温度。到目前为止，众所周知，催化剂载体中的晶格氧促进了氧化还原机制的反应，但是需要高于500°C的温度来确保表面晶格氧离子的迁移率。但是，通过在具有高度控制的表面结构的LA-SR-O基氧化物上携带细Ni金属，可以在应用直流电场时诱导表面离子学，并且即使在约150°C的低温下也可以快速进行反应。当应用电场时，在较低温度条件下在催化剂表面激活晶格氧，从而导致甲苯被氧化。目前，已经观察到了反应中间体的含氧碳氢化合物。使用反应动力学分析，使用同位素氧和原位分析成功阐明了上述机制。其次，在使用甲基环己烷转化为甲苯中的氢生产中，我们提出了一个新的过程，利用质子的表面质子学，并成功地在比传统温度低得多的温度下有效地产生了氢。这种脱氢反应是一种常规可逆的吸热反应，在低温下，氢会抑制反应。但是，当由于使用电场的应用而在催化剂表面质子化产生的氢时，发现下一个脱氢反应是通过使用氘，动力学分析和漂移-IR测量的同位素作用的研究来诱导的。这项研究结果是运营能源载体建立氢社会的高效率的结果，并且是加速下一代氢使用的技术。这些结果在三篇论文和两份专利中进行了总结，并提交和发布。

项目成果

電場触媒反応装置及び電場触媒反応方法

电催化反应装置及电催化反应方法

• 发表时间: 2018

電場印加低温反応場における芳香族炭化水素の水蒸気改質

外加电场低温反应场中芳香烃的蒸汽重整

• 发表时间: 2017
• 作者: Yuki Wakabayashi;Kohei Okamoto;Yoshisuke Ban;Shoichi Sato;Masaaki Tanaka;and Shinobu Ohya;瀧瀬賢人・村口敬亮・真島智宏・小河脩平・関根 泰
• 通讯作者: 瀧瀬賢人・村口敬亮・真島智宏・小河脩平・関根 泰

触媒利用による水素製造

使用催化剂制氢

• 发表时间: 2018
• 期刊: 防錆管理
• 作者: 瀧瀬賢人;稲垣玲於奈;関根 泰
• 通讯作者: 関根 泰

Influence of oxygen redox property and anchoring behavior on Co supported catalyst during toluene steam reforming reaction

甲苯水蒸气重整反应过程中氧氧化还原性能和锚定行为对Co负载催化剂的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Hiromu Gamou;Jeongchun Ryu;Makoto Kohda;and Junsaku Nitta;瀧瀬 賢人・眞鍋 将太・村口 敬亮・比護 拓馬・小河 脩平・関根 泰
• 通讯作者: 瀧瀬 賢人・眞鍋 将太・村口 敬亮・比護 拓馬・小河 脩平・関根 泰

電場印加反応場における芳香族炭化水素の水蒸気改質反応

电场应用反应场中芳烃蒸汽重整反应

• 发表时间: 2017
• 作者: Satoshi Kameshima;Muneyoshi Okada;Hideyuki Yamawaki;瀧瀬賢人・村口敬亮・小河脩平・関根 泰
• 通讯作者: 瀧瀬賢人・村口敬亮・小河脩平・関根 泰