Examination of CO2 reduction reaction sites using fast proton-conducting oxides via operando observations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01654
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Hyodo 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, 准教授 (70736149)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 仁丈 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (30292246)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 二酸化炭素還元 / プロトン伝導体 / 膜型反応器 / オペランド赤外吸収分光法

Outline of Final Research Achievements

This study reveals that in electrochemical CO2 reduction using a membrane-type reactor with a proton-conducting electrolyte, the rate of CO formation is suppressed and methanogenesis is promoted by applying a current in the direction of supplying protons to the catalyst. Operando infrared absorption spectrometry finds that this enhancement is due to the increased concentration of C-H intermediates. The development of a catalyst that reduces the overvoltage at the CO2 reduction electrode may improve the ion transport rate of the electrolyte, resulting in a further increase in the production rate.

Free Research Field

固体イオニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、プロトン伝導性セラミックスを用いた膜型反応器を実現するためには、高活性触媒開発およびイオン輸率の高い電解質材料開発の必要性を強く示すものである。これらを実現することで高効率にCO2を有用な燃料へと物質変換できるようになり、人類が輩出し続けてきた二酸化炭素を循環させることができるようになると考えられる。これは膜型反応器の実現は、持続可能な社会の構築を促進するものである。