戦略活用プログラム課題利用報告書

課題番号 2005B0950（BL19B2） 2005B0893（BL02B2）
水素燃料機関からの排出排気物後処理材料の構造最適化
マツダ（株） 住田弘祐

１．背景
世界的な地球環境保全動向から、年間の世界総生産台数が約六千万台と化石燃料消費源として多数を占める自動車の開発では、将来の燃料を現在の化石燃料から水素とする動きが進展しつつある。水素燃料電池（主に PEFC）を現在の内燃機関の代替とする考えが主流であるが、一方で、動力源が内燃機関から発電電動機関へ移行する自動車産業のテクノロジーシフトを円滑に進めるための技術の一つとして、従来の内燃機関で水素燃料を使用することが提案されている。究極的には水素―酸素反応のみでエネルギーを取り出すことのできる水素燃料だが、燃料性状やインフラなどの課題により、化石燃料からの移行期には前述のような技術で補助しながら利用環境を完成していく可能性が高い。そのような場合、内燃機関から H2Oと同時に発生した微量な環境負荷物質を処理する技術が必要になる。自動車内燃機関で水素を利用する場合、従来型の 4 サイクルエンジンでは燃焼時の微量 NOx の生成が懸念されるため、それを後処理して窒素と水などに無害化する技術を開発する必要がある。極微量な NOx、HCHO 、CO などを高効率で後処理するには、内燃機関の作動温度域で各被処理ガスと H2、O2を選択的に吸着後、効率的な反応をする材料が必要である。さらに、そのような極微量物質の選択反応による後処理には原子単位の精度で構造を制御された材料が必要であり、高輝度放射光により局所構造を XAFS で、精密な結晶構造を X 線回折で解析をした。

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Pd の酸化状態を維持しているため、酸素の Pd への移動に伴う補償を Mg の複合相への存在比率の増加で行なっていることが推論できる。しかしながら、300℃水素処理を行なうと Ce の占有率が増加し Mg が減少することが図 8 の解析結果からわかる。300℃水素処理は Pd の金属還元を引き起こすため、複合相との酸化物としての結合が無くなり、Mg 占有率の減少が起きていると考えられる。

４．結論
微量水素混合ガス中での低温活性に適した構造を見出すため、水素活性の高い Pd を酸素吸放出特性を有する Ce 複合酸化物に担持した材料の、水素処理による局所構造および結晶構造の変化を XAFS と X 線回折で調査した結果、以下のことがわかった。
（１）CeZr 複合酸化物では Pd は 100℃の水素処理で還元されるが、CeMg 複合酸化物ではほとんど還元されない。その際、複合酸化物結晶相における Mg 占有率が高くなることから、Mgにより Pd の酸化状態を維持する作用が起きていると思われる。
（２）300℃水素処理では CeZr 複合酸化物に担持された Pd は金属状態に還元される。300℃
水素処理における CeMg 複合酸化物結晶相の Mg 占有率が低くなることから、CeMg 複合酸化物の Pd 酸化状態は Mg によって維持されるが、Pd の還元反応によって相互作用が減少すると考えられる。

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