活性水素発生能および捕捉能を有する二重修飾膜電極によるCO_2電気化学的還元

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06217213
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 小倉 興太郎 山口大学, 工学部, 教授 (40035077)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中山 雅晴 山口大学, 工学部, 助手 ; 長岡 勉 山口大学, 工学部, 助教授 (00172510)
• Keywords: 炭酸ガス / 活性水素 / 二重修飾膜電極 / 乳酸 / ポリアニリン / プルッシアンブルー / ポリピロール / ギ酸

Research Abstract

本研究の目的は無機導電体と導電性高分子膜を積層化した電極を用いて水溶液中でCO_2を低過電圧でC_3などの高付加価値物質に変換することである。無機導電体としてはプルッシアンブルー(PB)やモリブデンブルー(MB)を、導電性高分子膜としてはポリアニリン(PAn)やポリピロール(PPy)を用いた。さらに、導電性高分子膜には種々の金属錯体を電気化学的方法あるいはself-assembling法によって固定した。CO_2の電解還元はKC1水溶液中で定電位法で行った。生成物の定量はガスクロ、液クロ、スチームクロマト、有機酸分析システム装置を用いて行った。修飾膜に吸着した生成物あるいは反応中間体はFT-IR反射吸収スペクトル法で同定した。また、電解前後の電極形態をSTMによって観察した。
種々の修飾電極を用いて、CO_2を長時間電解したところ、二重修飾膜電極においてC_1(ギ酸、メタノール)、C_2(エタノール、アセトアルデヒド)、C_2(乳酸、アセトン、1-プロパノール)が得られた。さらに、高分子膜を金属錯体(Bis(1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-disulphonato)iron(II)など)で修飾すると、乳酸とギ酸の生成量が飛躍的に増大し、CO_2還元の電流効率は10.1%に達した。生成物の収量を電解における通過電気量に対してプロットしたところ、ギ酸は電解開始と同時に生成したが、他の化学種の生成にはある誘導期(電気量)が必要であった。誘導期後、乳酸生成が最大となり、電気量に比例して増加した。電解後の電極のFT-IR表面反射スペクトルの測定によれば、-OH、-COOH、-CO、-CHOH、-CHOの存在が確認された。これらの結果より、CO_2還元の前駆体はギ酸であり、アルコール、アルデヒドを経て最終的に乳酸となるプロセスが示唆された。

Research Products

• [Publications] K.Ogura: "Novel Preparation of Electrically Conducting PVC by Photodehydrochlorination from PVC/Polypyrrole Composite Film." J.Poly.Sci.32. 33-38 (1994)
• [Publications] K.Ogura: "Room Temperature-Coloration of Stainless Steel by Alternating Potential Pulse Method." J.Electrochem.Soc.141. 648-651 (1994)
• [Publications] K.Ogura: "Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide on Dual-Film Electrodes Modified with and without Co(II) and Fe(II) Complexes." J.Electrochem.Soc.141. 419-424 (1994)
• [Publications] K.Ogura: "Electroreduction of CO_2 to C_2 and C_3 Compounds on a Metal Complexfixed Polyaniline/Prussian Blue-modified Elcctrode." J.Electroanal.Chem.379. 373-377 (1994)
• [Publications] T.Nagaoka: "Electrochemical Separation of Ionic Compounds Using Conductive Stationary Phase." J.Electroanal.Chem.364. 179-188 (1994)
• [Publications] 後藤 日出夫: "ABS樹脂のアイゾット衝撃強度のクレーズ転移温度と構造因子との関係" 高分子論文集. 51. 289-294 (1994)
• [Publications] H.Uchida: "Dark Catalytic Reduction of CO_2 over Prussian Blue-Deposited TiO_2 and the Photo-Reactivation of the Catalyst." J.Mol.Catal.93. 269-277 (1994)
• [Publications] 後藤 日出夫: "アクリロニトリルーブタジエン-スチレン(ABS)樹脂のアイゾット衝撃試験のクレーズ転移温度とゴム因子との関係" 高分子論文集. 51. 586-591 (1994)
• [Publications] T.Nagaoka: "Composite Electrodes Consisting of Metal and Oxidized Carbon Particles for Complete Degradation of Trichloroethylene in Actonitrile." J.Electrochem.Soc.141. 1522-1526 (1994)
• [Publications] T.Nagaoka: "Dynamic Elution in Electrochemical Ion Chromatography Using Pulse Perturbation of Stationary Phase Potential." J.Electroanal.Chem.371. 283-286 (1994)
• [Publications] T.Nagaoka: "Electrochemical Chromatography Using a Polyaniline Stationary Phase." J.Electroanal.Chem.368. 315-317 (1994)
• [Publications] 後藤 日出夫: "アクリロニトリルーブタジエン-スチレン(ABS)樹脂のアイゾット衝撃試験片のTEM観察およびクレーズと衝撃強度の関係" 高分子論文集. 51. 752-758 (1994)
• [Publications] J.Yano: "Electrocatalytic Behabior of a Poly(N-methylaniline)-filmed Electrode to Hydroquinone." J.Applied Electrochem.24. 1164-1169 (1994)
• [Publications] A.A.Hermas: "Effects of Alloying Addition on Corrosion and Passivation Behaviors of Type 304 Stainless Steel." Corrosion. 51. 3-10 (1994)
• [Publications] 小倉 興太郎(分担): "先端電気化学" 丸善株式会社, 398 (1994)