Catalytic reactions supplied with selective energy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21099
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Kyushu University (2022); University of Tsukuba (2020-2021)
• Principal Investigator: Nakamura Junji 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (40227905)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: メタノール合成 / Cu/ZnO触媒 / CO2の水素化 / エネルギー選別

Outline of Final Research Achievements

Cu/ZnO catalysts are used for methanol synthesis by hydrogenation of CO2. The active sites and reaction mechanism of this catalytic reaction have long been controversial. We have claimed that formate intermediate is initially formed from CO2 on the Cu surface, and the hydrogenation of formate proceeds at the CuZn alloy site to produce methanol. Formation of formate from CO2 proceeds by exciting O-C-O bending vibration, and hydrogenation of formate proceeds on the surface of the catalyst. In this study, we first clarified the reaction mechanism of the hydrogenation of the formate and designed a reactor using a far-infrared heater for the purpose of producing methanol at a low temperature.

Free Research Field

触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CO2からのメタノール合成は、温室効果ガスであるCO2の化学的転換として最も有望である。世界中でメタノール合成触媒の研究が盛んであるが、触媒活性点及び反応メカニズムについては論争になっている。本研究では、原子状水素を水素源として使用するという特殊な実験手法を用いて不安定なジオキシメチレン中間体を初めて観測することに成功した。この研究成果は論文誌JACSにて報告した。さらに、メタノール合成のポテンシャルダイアグラムを作成することができた。また、フォーメートの水素化過程を促進する道筋が得られ、触媒反応温度を低下させる可能性が示された。これらの成果はメカニズム論争を終結させる重要な結果である。