2021 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of stacked metal layer elecetrode for electrochemical reduction reaction of carbon dioxide
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18K04737
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
吉原 直記 福岡大学, 工学部, 助教 (90708869)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電極材料 / 電気化学還元反応 / 二酸化炭素 / 金属積層構造 / 表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二酸化炭素の電気化学還元反応は、金属原子が有する固有の二酸化炭素吸着力により、その還元生成物の選択性が決定される。本研究では、この電気化学還元反応から既報にない化学製品(燃料、化学品)への転換を実現するため、異種金属の原子膜を積層させた金属原子膜積層電極を作製し、この電極上にて新たな二酸化炭素転換メカニズムを実現させることを目指している。
令和三年度は、前年度に引き続き積層電極表面に形成させた金属酸化膜がその膜厚に依存して二酸化炭素還元の性能に与える影響について調査した。今年度は結晶構造が混在する市販銅箔を作用電極として使用し、エッチング処理や加熱処理を施すことで様々な厚さの金属酸化膜をその表面に構築させた。様々な金属酸化膜厚を有する市販銅箔表面にて二酸化炭素の電気化学還元反応を発生させたところ、一般的な自然酸化膜(～10 nm)よりやや薄い数nmの金属酸化膜厚を有した銅箔電極上では、完全に金属酸化膜を除去した銅箔表面よりも二酸化炭素の還元反応が促進され、炭化水素生成物の転換効率が増大することが分かった。さらに、銅結晶構造が異なる複数の市販銅箔についても同様の調査をした結果、Cu(111)構造の含有率が高い市販銅箔ほど、この傾向が顕著に現れることを示した。これらの結果から、特定結晶構造を有する銅電極においては、その金属酸化物と金属との積層構造の構築によっても、その表面にて二酸化炭素の吸着力が変動し、純粋な金属表面とは異なる還元メカニズムを発現できることを明らかにした。
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