高効率水素生成を駆動するナノ構造制御した可視光応答型金属触媒の開発

开发具有纳米结构控制的可见光响应金属催化剂以驱动高效产氢

基本信息

批准号：
17F17381
负责人：
山下弘巳
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-11-10 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水素エネルギー社会を構築するためには、水素を貯蔵・輸送可能な形態に変換して、時間や空間を超えて需要先へ届ける技術を構築する必要がある。安全（非可燃性、非爆発性）かつエネルギー密度が高い水素キャリアとして、ギ酸（HCOOH, 52 gH2/L）やアンモニウムボラン（NH3BH3), 146 gH2/L)が注目されている。本研究課題では、ギ酸ならびにアンモニウムボランをエネルギーキャリアとした高効率水素貯蔵発生システムの構築をターゲットとし、『水素貯蔵材料からの水素生成触媒』の開発を行った。特に弱塩基性担体のカーボンナイトライド(C3N4)に固定化したPdCo合金が高活性を示すことを報告した。Coのみでは反応しないが、Pdと合金化することで電子的にリッチなPd種が生成し、Pd単独よりも飛躍的に活性が向上する。また、調製した触媒のキャラクタリゼーションを、比表面積測定、XRD、SEMにより解析した。弱塩基性担体は、金属表面へのギ酸の吸着濃縮効果、ならびにギ酸O-H結合の解離促進という役割を果たしていることを実験、理論計算から明らかにし、重要な触媒設計指針を得るに至った。さらにこの研究を発展させ、細孔径、ドープ量を制御した様々な窒素ドープカーボンを新規に調製し、Ru触媒の担体として用いることでより高活性な触媒の開発に成功した。また、窒素ドープ量によりRuの粒子径が大きく変化し、粒子径とアンモニアボランからの水素生成活性に良い相関関係があることを見出した。

为了建设氢能社会，需要创造技术，将氢转化为可以储存和运输的形式，并跨越时间和空间输送给客户。甲酸（HCOOH，52 gH2/L）和硼烷铵（NH3BH3），146 gH2/L）作为安全（不易燃、不易爆炸）且具有高能量密度的氢载体而受到关注。在该研究项目中，我们以构建以甲酸和硼烷铵为能源载体的高效储氢系统为目标，并开发了“储氢材料制氢催化剂”。特别是，我们报道了固定在弱碱性载体氮化碳（C3N4）上的 PdCo 合金表现出高活性。 Co 本身不会发生反应，但当与 Pd 形成合金时，会产生富含电子的 Pd 物质，与单独的 Pd 相比，这大大提高了活性。此外，通过比表面积测量、XRD和SEM对所制备的催化剂进行了表征。实验和理论计算表明，弱碱性载体具有在金属表面吸附和浓缩甲酸并促进甲酸O-H键解离的作用，从而为重要的催化剂设计提供指导。进一步开展这项研究，他们成功制备了各种孔径和掺杂量可控的氮掺杂碳，并将其用作Ru催化剂的载体，开发出更高活性的催化剂。我们还发现，Ru的粒径随氮掺杂量的不同而发生很大变化，并且粒径与氨硼烷的产氢活性之间存在良好的相关性。