Development of catalytic hydrogenation of carbon dioxide to methanol under low energy conditions directed toward carbon recycling

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15614
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Central Research Institute of Electric Power Industry
• Principal Investigator: Watari Ryo 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 主任研究員 (00638009)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 二酸化炭素 / 水素化反応 / 銅錯体 / 銅ナノ粒子 / アミジン配位子 / アミジン修飾ポリマー

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated novel amidine-copper catalysts through both of homogeneous and heterogeneous catalyst design by utilizing integrated amidine structures directed toward low-temperature hydrogenation of carbon dioxide to methanol. The new copper catalysts with multidentate amidine ligands and amidine-functionalized polymer supports were successfully developed and found to have high catalytic　activities at a relatively low temperature of 100°C in the hydrogenation of carbon dioxide to formate. The catalyst design based on the high electron-donating and coordination ability to copper of the integrated amidine structures was validated, especially in the heterogeneous catalyst design with a nanoparticle structure that is essentially different from conventional copper-based heterogeneous catalysts.

Free Research Field

触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の不均一系銅系固体触媒を用いた二酸化炭素の水素化反応によるメタノール合成では、250℃程度の高温条件が必要であり、熱力学的な制約による低収率・低選択性を伴うため反応の低温化が望まれている。本研究成果は、主としてギ酸塩合成に関する成果であるが、集積されたアミジン構造を利用することで、不均一系銅ナノ粒子触媒を用いた100℃の条件における二酸化炭素の水素化反応を達成した。また、アミジン―銅を基本骨格とする新規な水素化触媒の設計指針を確立し、従来の銅系固体触媒とは本質的に異なる触媒を開発した。将来的な研究成果の波及により、既存の高温を要する触媒技術からの脱却が期待される。