Development of highly active carbon dioxide reduction catalyst with non-noble-metal active center

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23644
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Iwase Kazuyuki 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90846437)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Keywords: 二酸化炭素還元 / 非貴金属 / 不均一触媒 / 電極触媒 / 炭素材料

Outline of Final Research Achievements

In the present study, cobalt-nitrogen (Co-N) co-doped carbon materials (Co-N/C) are synthesized as electrocatalysts for carbon dioxide reduction reaction (CO2RR). Chiefly, the Co-N/C with different Co speciation are synthesized controlling synthesis conditions. Based on the CO2RR activity and results of structural characterizations, it is suggested that single Co atoms embedded on more graphitized carbon layers show superior CO2RR activity. This result shows the new design strategy for efficient CO2RR catalysts composed of metal-nitrogen co-doped carbom materials.

Free Research Field

電極触媒

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の研究でも、二酸化炭素還元電極触媒の開発に関する研究は行われてきており、本研究で着目した金属をドープした炭素材料の開発も行われてきていた。しかしながら、それらの触媒において、高活性触媒として機能する触媒の活性中心の構造は不明瞭であった。本研究では特に、異なる形態を有するコバルト中心を含むコバルト-窒素共ドープ炭素材料を合成し、二酸化炭素還元活性を測定することで、高活性触媒として機能する活性中心の構造を明らかにし、設計指針を提唱した。本研究で得られた知見を元に、高活性触媒の開発が更に進むと期待できる。