Operando分光と理論計算に立脚した二酸化炭素水素化反応場の設計と創出
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22K14538
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023)
Hokkaido University (2022) |
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Principal Investigator |
峯 真也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (00913865)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | CO2還元反応 / 多元素触媒 / in situ/operadno分光 / 機械学習 / CO2還元 / 低温メタノール合成 / Operando分光 / DFT計算 / CO2資源化 |
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| Outline of Research at the Start |
脱石油資源、地球温暖化の進行抑制の観点から、二酸化炭素(CO2)を資源化する触媒プロセスの確立が求められているが、CO2は高酸化状態にあるため、その実現には酸化とは逆の還元反応の触媒技術が必要である。本研究では、CO2とH2との一段階反応によりメタノールを始めとする高付加価値な化学品合成を可能にする固体触媒を開発する。
研究開発には、反応中の触媒表面を「その場」観察する最先端の分光法や、理論計算、機械学習等最新のアプローチも積極的に取り入れていく。開発した新規触媒から、その高性能要因を抽出し一般化することで、さらなる高活性触媒開発の礎とする。触媒開発の新たな方法論を提案、実証することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタノールは、CO2を原料として合成可能な基幹化学品であり、CO2還元・資源化触媒開発において重要なターゲットである。CO2/H2からのメタノール合成は既に工業化されているが、Cu系触媒を用いる現行プロセスでは高温(250℃ー300℃)の厳しい反応条件が課題となっている。メタノール合成反応は発熱反応であるため、平衡制約の観点から反応条件の低温化(かつ高圧化)が求められている。本研究では、低温下(150℃以下)で駆動するCO2/H2からのメタノール合成触媒の開発と、in situ/operando分光による作用メカニズム解明を実施した。
最終年度にあたる2023年度は、前年度に取り組んだレニウム担持チタニア(Re/TiO2)触媒の作用メカニズムを、in situ/operando分光や、Modulation Excitation(ME)法を駆使して明らかにした結果を論文としてまとめ、査読付き国際誌に掲載した。
さらなる高活性触媒を効率的に見出すための研究にも着手した。具体的には、実験によるスクリーニングや第一原理計算(DFT法)から得られた知見やデータを用い次に検討すべき有望触媒を提案する機械学習モデルを構築した。機械学習モデルが提案した触媒を実際に調製・評価し、得られた結果をデータに加えて再学習する、機械学習と実験のループを繰り返すことで、効率的に新規触媒を見出すことに成功した。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
