水性ガスシフト反応に活性なアルミナ担持Cu触媒への遷移金属酸化物の添加効果

（愛媛大） ○相方邦昌・川西悠介・浅本麻紀子・山浦弘之・八尋秀典

固体高分子形燃料電池(PEFC) アルミナ担持Cu触媒

水蒸気改質反応

CH4+H2O CO+3H2

固体高分子形燃料電池(PEFC)水素製造プロセス

アルミナ担持Cu触媒

CuOの微粒子化

触媒活性Al2O3

Cu低温<600oC

CuOO 還元

燃料(CH4) H2O

バーナー

水性ガスシフト反応

CO+H2O CO2+H2

高温＞900oC

CuAl2O4

焼成温度

Al2O3

焼成温度700~800oC

Al2O3の相変化

Air

CH4

バ ナ

CO部分酸化反応

CO+1/2O2→CO2

Cu/Al2O3への遷移金属酸化物の添加による触媒活性への影響

低温焼成＝高分散という概念を一変する調製法

＞900oCAir

H2

1.2

1.4

1.6

1.8

0 6

0.8

1

1.2

1.4少量添加 多量添加

触媒

に対

する活

性比

/ -

150200

2500.8

1

Cr Mn Fe Co Ni Zn

150200

2500.2

0.4

0.6

Cr Mn Fe Co Ni Zn

Cu/

Al 2O

3触

水性ガスシフト反応は固体高分子形燃料電池(PEFC)の水素製造プロセスで重要な反応です．我々

の研究室では，市販触媒(Cu-ZnO-Al2O3)の代替触媒としてアルミナ担持Cu触媒(Cu/Al2O3)の開発を

行ってきました．この研究の過程で，Cu/Al2O3触媒は焼成温度700~800oCで高い水性ガスシフト活性

を示すことを見出しました．これは担持触媒系で，低温焼成＝高分散という概念を一変する調製法です．

本研究では，このCu/Al2O3触媒の活性をさらに向上させることを目的として，遷移金属酸化物の添加

効果について検討しました．

Cu/Al2O3触媒への少量のCoOxの添加で顕著に活性が向上し，反応温度150oCで市販触媒と同等の

活性が得られることがわかりました．この少量のCoOx添加による活性向上は，CuO還元性が向上した

こと および活性点であるCu0のCO吸着能力が増加したことに起因していると考えられます また 遷こと，および活性点であるCu のCO吸着能力が増加したことに起因していると考えられます．また，遷

移金属酸化物の多量の添加においてはFeOxを添加した触媒が，反応温度250oCのとき添加効果を示

しました．これは高温シフト反応(300~400oC)で活性を示すFeOxがCu0と共存することにより低温作動

化して，相乗的な効果を起こしているためであると推察されます．このように添加物を選ぶことにより

Cu/Al2O3触媒の活性を改良できることがわかりました．