Development of efficient solar carbon dioxide fixation system based on low-overpotential catalysts
| Project/Area Number |
21H02042
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
八木 政行 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
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| Keywords | 人工光合成 / 酸素発生アノード / 二酸化炭素還元 / 電気触媒 / 錯体触媒 / 二酸化炭素固定 / 酸素発生光アノード / 二酸化炭素還元光カソード / 触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
化石燃料に依存しない持続可能な脱炭素社会を実現するためには、再生可能エネルギーを用いた二酸化炭素の高効率燃料化ならびに炭素資源化技術の確立が重要である。申請者は最近、酸素発生アノードおよび二酸化炭素還元カソードの開発において、重大なブレークスルーを実現した。本研究では、これらの研究成果を基盤にして更なる高効率アノードおよびカソードを創製すると共に、これらを用いて太陽光二酸化炭素固定システムを構築することにより、世界最高の太陽光二酸化炭素還元効率を達成し、脱炭素社会の実現への足掛かりを得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
FebpcがDMF有機溶媒中で1.9 mM（0.01 atm CO2 分圧）の低CO2濃度でも高効率にCO2を還元し、COを生成することを見出した。これは、Febpcが、効果的にCO2をFebpcの軸位に取り込む能力を有することを示す、興味深い結果である。
Febpc錯体の類似体であるFebpb錯体（平面配位子のR位に電子吸引性のクロロ基が導入されていない）は、同条件で二酸化炭素還元触媒活性を示さない。この結果を鑑み、申請者はR位にクロロ基、R’位に（電子吸引性のより強い）フルオロ基を導入したFebpf錯体を合成し、ジメチルホルムアミド溶液中でFebpf錯体による電気化学的二酸化炭素還元を行ったところ、驚くべきことに、二酸化炭素の8電子還元生成物であるメタン（ファラデー効率6.1％）が生成する極めて稀な反応を見出した。このように、Febpc錯体の電子状態を変化させることにより、二酸化炭素還元触媒活性を制御できるだけでなく、Febpf錯体が二酸化炭素還元によるメタン生成触媒として働くことを実証した。
Ni(bpc)を担持した修飾電極を作製した。水溶液中、CO2下における修飾電極のサイクリックボルタモグラムは、-1.2 V vs SCE付近からCO2還元に由来する触媒電流の立ち上がりが観測され、-1.45 Vにおける触媒電流密度は-5.50 mA cm-2に到達した。この触媒電流密度は、Ar下における値の1.7倍であり、Ni(bpc)錯体の還元触媒活性が示された。-1.25 VにおけるNi(bpc)/NG@GCの定電位電解実験ではCOとH2が検出され、ファラデー効率はそれぞれ61.6%と24.3%と見積もられた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
