金属/有機ハイブリッド電析膜による二酸化炭素から炭化水素への選択的電解還元
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23K13832
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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 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
津田 勇希 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (80964189)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 電気化学的CO2還元 / 電極触媒 / 無機/有機ハイブリッド材料 / 電解析出法 / アミノ酸 / CO2電解 / 無機/有機ハイブリッド / 電気化学 |
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| Outline of Research at the Start |
金属材料がCO2を還元し、有機物が反応中間体を安定化させる高活性且つ炭化水素選択性が高い金属/有機ハイブリッドCO2電解還元触媒を真空や高温を必要としない溶液プロセスである電解析出法で作製する。従来検討されてきたCO2還元電極触媒は主に、材料単体での還元と生成がなされており、材料に依存した活性、生成物選択性となっている。一方、金属/有機ハイブリッド電極触媒は、CO2還元は金属部、反応中間体の安定化は有機部と役割を分担するところに独自性があり、これにより、高活性・高選択性を両立するCO2電解還元触媒の実現が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
二酸化炭素（CO2）の電気化学的還元は、余剰電力を利用することで、ゼロエミッションでの CO2 から有用な資源への転化が可能であることから注目されており、効率的な電解還元を実現する触媒の開発が求められている。銅 (Cu)は、金属の中で唯一CO2を電気化学的に
炭化水素へと変換することが可能であるが、炭化水素生成過電圧の高さや、還元生成物の選択性の低さが課題となっている。その解決へ向けた手段の一つとして、金属と有機材料との複合化が検討されている。本研究では、CO2還元反応中間体の安定化が期待できるアミノ酸とCuとを複合化した Cu/アミノ酸ハイブリッド膜の電解析出とそのCO2還元活性評価に取り組んだ。いずれのアミノ酸をCu電析浴に添加してもCuが析出したことをXRDで確認したが、得られたアミノ酸添加電析膜のパターンに無添加膜との差異はなく、アミノ酸導入による新しいピークやピークのブロード化は確認されなかった。得られた電析膜のラマンスペクトルにより、膜中へのアミノ酸の導入が確認された。SEM像では繊維状のCPをコーティングするような形で Cu が電析されており、無添加Cuでは粒と粒の間隔が広くCPが露出していたが、アミノ酸添加 Cuでは粒同士が密に析出していた。得られた電析膜によるCO2電解還元気相生成物のファラデー効率(FE)を算出した。Cu箔と比較すると、電析で得た無添加 CuではCH4へのFEが劇的に向上した。さらにアミノ酸を添加したCuでは無添加に比べCH4生成FEが向上し、水素発生反応が抑制されており、水素発生反応よりもCO2還元反応が優先的に起こるような反応場が形成されたと考察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アミノ酸導入Cu電析膜の作製に成功し、導入するアミノ酸種によってCO2電解生成物の選択性が変わることを確認できた。とりわけ、イミダゾール基を有するL-ヒスチジンを導入することでCO2からメタンへの生成効率が向上することを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最も効率的に二酸化炭素を炭化水素へと電解還元するアミノ酸導入Cu電析膜の作製条件を検討する。また、計算科学を取り入れ、アミノ酸導入することがなぜCO2電解生成物の選択性に影響を与えるのかを調査する。さらには反応速度の向上を目指し、ガス拡散電解に取り組む予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
