1995 Fiscal Year Annual Research Report
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07215214
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
堀 善夫 千葉大学, 工学部, 教授 (20114324)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
星 永宏 千葉大学, 工学部, 助手 (30238729)
古賀 修 千葉大学, 工学部, 助教授 (60110293)
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| Keywords | 二酸化炭素 / 電気化学還元 / 単結晶電極 / 多結晶電極 / 反応選択性 / 一酸化炭素 / 電荷移動 / ボルタンメトリー |
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| Research Abstract |
二酸化炭素の電気化学還元を水溶液中で行うと、Cu電極のみが常温でメタン、エチレン、アルコール類を効率よく生成する。その際COが中間種として生成し、電極面に吸着していることが、ボルタンメトリーとクロノポテンショメトリーによって確認された。電極面でのCOの被覆率は90%以上に達しており、そのため水素発生や他の電極反応は阻害される。
本研究ではCuの単結晶(純度99.99%)電極を用いて、二酸化炭素の電気化学還元を0.1M KHCO_3水溶液中,5mA cm^<-2>の定電流で行った。その結果(100)面では、メタンよりエチレンの生成が優勢であり、(111)ではメタン生成が圧倒的であった。(110)は、両電極の中間的な性質を示した。COの電解においても、同様な傾向がみられた。
Cu電極へのCOの吸着は、COの還元より正の電位で起こり、その際電荷移動が見られる。FTIRで電極面のスペクトル測定を行い、これを確認した。そこでCOが単結晶電極表面に吸着する際のボルタンメトリー測定を行った。それによれば、(100)および(110)では、結晶面に特有のレドックスピークが見られるのに対して、(111)では電荷移動のレドックスピークは得られない。水素の発生はCOの吸着により、いずれの面でも阻害されている。
次にCu多結晶(純度99.999%)電極を用い、同様な条件で二酸化炭素の電気化学還元を行った。電解に先だって多結晶電極表面をX線回折で測定したところ、Type 1電極は(100)面に選択的に配向しており、Type 2電極は(110)面が支配的であった。電解の結果、Type 1は(100)に似た生成物分布を示し、Type 2電極は(110)と同様な生成物分布を与えることが分かった。またCO雰囲気下での電荷移動のボルタンメトリーは、Type 1は(100)と同様な図形となり、Type 2は(110)と同様な結果を与えた。以上により、多結晶電極表面の反応活性は、表面の選択性配向により、決定されることが明らかになった。
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[Publications] Hori, Y.: "Adsorption of CO Accompanied with Simultaneous Charge Trasfer on Copper Single Crystal Electrodes with Electroreduction of CO_2 to Hydrocarbons." Surf. Sci.335. 258-263 (1995)
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[Publications] Hori, Y.: "Infrared Spectroscopy of Adsorbed CO and Intermediate Species in Electrochemical Reduction of CO_2 to Hydrocarbons on a Cu Electrode." Electrochim. Acta. 40. 2617-2622 (1995)
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[Publications] Hoshi, N.: "Significant Difference of the Reduction Rates of Carbon Dioxide Between Pt(111)and Pt(110)Single Crystal Electrodes." Electrochim. Acta. 40. 883-887 (1995)
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[Publications] Hoshi, N.: "Atomic Arrangement Dependence of Reduction of Carbon Dioxide on Iridium Single Crystal Electrodes." J. Electroanal. Chem.381. 261-264 (1995)
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[Publications] Hoshi, N.: "CO_2 Reduction on Rh Single Crystal Electrodes and the Structural Effect." J. Electroanal. Chem.395. 309-312 (1995)
