Process development for coproduction of hydrogen and chemicals in electrochemical reaction

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01778
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 河瀬 元明 京都大学, 工学研究科, 教授 (60231271)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蘆田 隆一 京都大学, 工学研究科, 講師 (80402965)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 電気化学反応 / 選択 / 水素 / 化成品 / 界面電位差

Outline of Annual Research Achievements

エタノールの部分酸化によるアセトアルデヒド合成を取り上げ，反応速度論的な研究を行った。この反応系は逐次反応であり，アセトアルデヒドはさらに酸化されると酢酸となる。電気化学反応の場合，アノードでの電極反応式と標準電極電位は次の通りとなる。
C2H5OH → CH3CHO + 2H+ + 2e-, -0.215 V vs. NHE, (1)
CH3CHO + H2O → CH3COOH + 2H+ + 2e, -0.102 V vs. NHE, (2)
アルコール酸化とそれに続くアルデヒド酸化では平衡電位が異なるため，電位によっても選択性を変えることができる。カソードでは次式で水素が生成し，カソードでの水素製造とアノードでの化成品合成が行える反応系である。2 H+ + 2 e- → H2
実験には流通式の平板電極フローセルを用いた。電極面積29.3 cm2の白金被覆電極を用い，電極間距離は200μmとした。エタノール電解，アセトアルデヒド電解のTafelプロットから、(1)，(2)の反応速度はそれぞれ，5.81×10^-8 mol・m^-2・s^-1 exp(9.73η/V)，7.38×10^-8 mol・m^-2・s^-1 exp(31.5η/V)と求まった。ただし，ηは界面電位差である。エタノールは0.8V以下でアセトアルデヒドまで酸化する傾向があり，0.8V以上でCOadsを生成し始める。また，アセトアルデヒドは，より低い電位差でCOadsを生じ，電位差が高いほど酢酸に酸化する傾向があった。エタノール電解電流は界面電位差0.98 Vで極大となった。インピーダンス測定の結果，電極表面のPt触媒の吸着サイトは吸着したCOadsに占められ，電位差が0.9 V～1.0 Vで飽和状態に達した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。