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環境親和的な水素製造用の水分解触媒を開発

UNISTパク・チョンボム教授、イリジウムの水素発生性能を実験的に究明


最近水素を燃料に使用する自動車や燃料電池開発のニュースが多い。これらに使われる水素を環境親和的かつ効率的に生産できる「水分解触媒」が開発された。既存の触媒に比肩する安定性を示し電気消費量は少ない。

UNIST(蔚山科学技術院、チョン・ムヨン総長)はエネルギーおよび化学工学部のパク・チョンボム教授研究チームが新たな水分解触媒「イリジウム・アット・コン(Ir@CON)」を開発して性能を検証したと12月26日に発表した。この物質は「イリジウム(Ir)」を3次元有機構造体である「3D-CON」の気孔内部に収めて固定したもの。これまでに論文で報告された水分解触媒のうち最も高い効率を示す。

水素は酸素と反応して電気を生み出し水だけを排出するクリーンエネルギー。燃料を燃やす燃焼の過程がないため二酸化炭素などの排出物がなく大気中の粒子状物質を減らす効果もある。だが大部分の水素は天然ガスや化石燃料により得られるため環境汚染の原因となる。また水素を運ぶコストも高くこれを解決するための技術的障害も多い。

水を電気に分解して水素を得る技術の核心は良質の触媒。良質の触媒の条件としては水を水素に変える効率や耐久性、価格競争力などがある。特に水のpHに影響を受けず低い電圧で水素を発生させることが必須条件となる。研究チームは昨年ルテニウム(Ru)基盤の触媒(Ru@C₂N、Ru@GnP)を合成して水素を得る経済的な方法を提示した。特にルテニウム・アット・C2N(Ru@C₂N)はこれまでに報告された水素発生触媒のうち最も低い過電圧を示した。今回開発されたイリジウム・アット・コン(Ir@CON)」はこの記録を塗り替えた。

イリジウム(Ir)は理論的には白金(Pt)よりも優れた触媒。だが元素の凝集現象(Aggregation)が原因となって充分に性能を発揮できないという問題点があった。今回の研究で研究チームはイリジウムの粒子の凝集を防ぐ方法を提示して性能を検証した。多孔性3次元構造体(3D-CON)内部に固定されたイリジウムは凝集せずに理論的に予測された性能を示した。水のpHに影響を受けず他の金属触媒と比較しても過電圧がもっとも低かった。

パク・チョンボム教授は「理論的に予測できたが誰も実験で確認できなかったイリジウムの水素発生性能を創意的な方法で究明した最初の事例。イリジウム・アット・コン(Ir@CON)は現存する水分解触媒の中で最も低いエネルギー損失率と最も高い電流量比の性能を示した」と話している。

今回の研究結果は『Advanced Materials』に12月27日付で掲載された。論文第1著者はUNISTエネルギーおよび化学工学部のJaveed Mahmood研究教授とMohsin Ali Raza Anjum研究員で、責任著者としてチョン・フヨン教授とイ・ジェソン教授も参加した。






[2018-12-28]

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