(57)【要約】      （修正有）【課題】高温（１０００℃程度）で酸素を発生し、水存在下では水素を発生する磁器を含む、ガス生成用部材の提供。【解決手段】以下の式で表される磁器：Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３±ｚ、Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎのうちの少なくとも１つ、Ｂ：Ｓｒ、０．１≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．４、０．１≦ｖ≦０．５、０．５≦ｗ≦０．９。さらには、０．１≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．２、０．３≦ｖ≦０．４、０．６≦ｗ≦０．８であり、気孔率が３０％以上５０％以下である。Ａ，Ｂのうちの少なくとも一方は、磁器内部より表面部の方が元素濃度が高い方が好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成を下記式で表したときに、
Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３±ｚ
Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎのうちの少なくとも１つ
Ｂ：Ｓｒ
０．１≦ｘ≦０．３
０≦ｙ≦０．４
０．１≦ｖ≦０．５
０．５≦ｗ≦０．９
である磁器を有する、ガス生成用部材。
【請求項２】
０．１≦ｘ≦０．２、
０≦ｙ≦０．２、
０．２≦ｖ≦０．４、
０．６≦ｗ≦０．８、である、
請求項１に記載のガス生成用部材。
【請求項３】
前記磁器は、気孔率が３０％以上５０％以下である、請求項１または２に記載のガス生成用部材。
【請求項４】
前記Ａおよび前記Ｂのうちの少なくとも一方は、前記磁器の内部より表面部の方が元素の濃度が高い、請求項１乃至３のうちいずれかに記載のガス生成用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば水素を生成することのできるガス生成用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生エネルギーの一つである太陽光エネルギーは枯渇の心配が無く、また、温室効果ガスの削減に貢献できる。また、近年、燃料電池が普及し始め、水素エネルギー社会の牽引役として期待されている。しかし、現在製造されている水素の大半は原料として化石燃料を用いており、根本的な化石燃料削減の面では課題がある。
【０００３】
このような状況の中、一次エネルギーを太陽光に求め、二次エネルギーを水素で支える形は、理想的なクリーンエネルギーシステムの一つであり、その確立が急務である。
【０００４】
例えば、太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する方法の一つとして、セリア（ＣｅＯ２）などのセラミック部材を反応系担体として用いたときに発生する２段階水分解反応を利用することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６３１６５号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示のガス生成用部材は、組成を下記式で表したときに、
Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３±ｚ
Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎのうちの少なくとも１つ
Ｂ：Ｓｒ
０．１≦ｘ≦０．３
０≦ｙ≦０．４
０．１≦ｖ≦０．５
０．５≦ｗ≦０．９
である磁器を有する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示のガス生成用部材は、以下の組成式で表わされる磁器を有する。その組成は、
Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３±ｚ
Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎのうちの少なくとも１つ
Ｂ：Ｓｒ
０．１≦ｘ≦０．３
０≦ｙ≦０．４
０．１≦ｖ≦０．５
０．５≦ｗ≦０．９
である。
【０００８】
この磁器は、Ｌａ（Ｃｏ・Ｆｅ）Ｏ３系のペロブスカイト酸化物である。この磁器は、高温の環境下では、下記（１）式に示す欠陥反応を起こす。
【０００９】
【化１】
2019108246.tif 000002
【００１０】
この磁器は、高温の状態では、（２）式のように、酸素が放出する反応（以下、酸素放出反応という場合がある。）を起こすものとなる。
【００１１】
【化２】
2019108246.tif 000003
【００１２】
一方、酸素放出反応が起きる温度よりも低い温度においては、（３）式に示すような水素が生成する反応（以下、水素生成反応という場合がある。）を起こすものとなる。
【００１３】
【化３】
2019108246.tif 000004
【００１４】
上記組成の磁器においては、高い温度では磁器中から酸素が抜けて酸素イオンの空孔が形成される。一方、低い温度では、磁器が水蒸気に触れると、磁器の表面において水蒸気が水素と酸素とに分解される。このとき生成した酸素は、磁器中に形成された酸素イオンの空孔に入る。一方、水蒸気から分解した水素が残る。こうして、磁器を通じて水素を生成させることができる。
【００１５】
また、上記組成における設計因子（ｘ、ｙ、ｖ、ｗ）を下記の範囲にしたときには、水素の生成量を高めることができる。０．１≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．２、０．２≦ｖ≦０．４、０．６≦ｗ≦０．８。このとき、ｖ＋ｗ＝１であるのが良い。
【００１６】
また、この磁器は、気孔率が３０％以上５０％以下であるのが良い。磁器の気孔率が３０％以上５０％以下であると、磁器の表面積が高まり、磁器の表面により多くの水蒸気を触れさせることができる。なお、磁器の気孔率として、５０％以下が良いとするのは、磁器を固体として取り扱う際に変形し難いかまたは破壊し難いという理由による。
【００１７】
また、この磁器の反応は、ＬａのサイトにおけるＡ（Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｚｎ）およびＢ（Ｓｒ）の元素の置換割合に依存する。このためＡおよびＢのうちの少なくとも一方の元素は、磁器の内部よりも表面部の方が高濃度であるのが良い。これにより磁器の表面において酸素および水素の生成反応を高めることができる。なお、上述のサイトと原子との対応は、そのような傾向があるということであり、必ずしも全ての原子が上述の対応したサイトに入るわけではない。また、この磁器には所望とする特性が得られる限りにおいて、上述した元素以外の元素を含む他の成分が含まれていても良い。また、上記した組成式（Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３±ｚ）において、酸素量を表すｚは、Ａ、Ｂとして示した元素（Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎのうちの少なくとも１つ、Ｂ：Ｓｒ）の置換割合、あるいはＣｏおよびＦｅの組成の割合に応じて変化する値である。また、上述の酸素放出反応および水素放出反応により変わる値である。
【００１８】
ここで、磁器の表面部とは、表面からの深さが０．５ｎｍ以内の範囲のことであり、内部は表面からの深さが０．５ｎｍよりも深い位置となる。磁器の組成は、原子吸光・ＩＣＰ発光分光分析によって求める。磁器の表面部と内部との間のＡ、Ｂ元素の濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によって求める。気孔率はアルキメデス法によって求める。この場合、アルキメデス法によって求めた開気孔率を気孔率とする。
【実施例】
【００１９】
原料粉末として、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を準備した。
【００２０】
次に、準備した原料粉末を組成式：Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３＋ｚに基づき、表１、２の組成になるように混合して配合粉末を調製した。原料粉末の混合にはボールミルを用いた。混合は２４時間行った。ボールミルによる混合を行った後、原料粉末に粘結材としてポリエチレングリコールを添加した。粘結材の添加量は、配合粉末１００質量部に対して３質量部とした。また、この際、気孔形成材として、平均粒径が０．１ｍｍの粒子状のメタクリル系樹脂を加えた。メタクリル系樹脂は配合粉末１００質量部に対して５質量部の割合で添加した。次に、粘結材と気孔形成材を含む配合粉末を用いて円盤状の成形体を作製した。円盤状の成形体のサイズは、直径１０ｍｍ、厚み１ｍｍとした。成形体の作製には、金型を用いた。金型を一軸プレスにより加圧した。加圧圧力は１００ＭＰａに設定した。
【００２１】
次に、作製した成形体を抵抗加熱式の焼成炉内に置き、１７００℃（最高温度）において大気中にて焼成した。最高温度での保持時間は２時間に設定した。作製した磁器の気孔率は、表１および表２にそれぞれ示した。気孔率はアルキメデス法を用いて測定した。
【００２２】
磁器の表面部および内部における置換元素（Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，ＺｎＢ：Ｓｒ）の濃度は二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によって求めた。分析は磁器の表面からの深さが０〜０．５ｎｍの範囲と表面からの深さが５〜２０ｎｍの範囲を調べた。測定箇所は各試料１か所とした。作製した磁器はいずれも二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）のカウントの比較から磁器の内部よりも表面部における置換元素の濃度が高い結果であった。試料Ｎｏ．２、３、７、１４、１５、１８、２０、２３、２７および３０〜３３の磁器は、他の試料に比べて、内部におけるＡ、Ｂの元素のカウント比に対する表面部におけるＡ、Ｂの元素の濃度の比が高かった。磁器がＡ、Ｂ両方の元素を含む場合には、Ａ、Ｂそれぞれのカウントを加算した値を用いた。
【００２３】
作製した磁器については、それぞれ原子吸光・ＩＣＰ発光分光分析によって、各元素の
含有量を求め、モル比から組成を求めた。作製した試料はいずれも表１および表２に示す組成を有していた。
【００２４】
磁器を加熱したときに発生する酸素および水素の生成量は、密閉式の加熱炉とこれに取り付けたマススペクトロスコピーによって求めた。試料から酸素を発生させる場合の温度は１０００℃とした。また、雰囲気は窒素ガスを流す条件とした。水素を発生させる場合の温度は８００℃とした。また、雰囲気は水蒸気を含むアルゴンガスを流す条件とした。このような温度条件の下で、加熱炉内に試料を置き、赤外線の出力を制御することによって加熱炉の温度を調整し、試料から発生する酸素および水素をマススペクトロスコピーによって測定した。なお、酸素量および水素量は、生成した量を試料の質量で除した値である。
【００２５】
【表１】
2019108246.tif 000005
【００２６】
【表２】
2019108246.tif 000006
【００２７】
表１、２の結果から、Ｌａ１−ｘ−ｙＡｘＢｙ（ＣｏｖＦｅｗ）Ｏ３±ｚ、Ａ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎのうちの少なくとも１つ、Ｂ：Ｓｒ、０．１≦ｘ≦０．４、０≦ｙ≦０．３、０．１≦ｖ≦０．５、０．５≦ｗ≦０．９によって表される磁器を有するガス生成用部材の試料（試料Ｎｏ．２〜４、６〜９、１１、１３〜１６、１８、２０、２１、２３、２４、２７、２８および３０〜３３）は、酸素の生成量が０．４〜０．８ｍｍｌ／ｇ、水素の生成量が０．４〜１．４ｍｌ／ｇであった。
【００２８】
これらの試料の中で、上記組成式におけるｘ、ｙ、ｖ、ｗを、０．１≦ｘ≦０．２、０．１≦ｙ≦０．２、０．２≦ｖ≦０．４、０．６≦ｗ≦０．８とした磁器を有するガス生成用部材の試料（試料Ｎｏ．２、３、７、１４、１５、１８、２０、２３、２７および３０〜３３）は、酸素の生成量が０．６〜０．８ｍｍｌ／ｇ、水素の生成量が０．９〜１．４ｍｌ／ｇであった。