Design and creation of carbon dioxide hydrogenation reaction fields based on Operando spectroscopy and theoretical calculations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14538
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023); Hokkaido University (2022)
• Principal Investigator: Mine Shinya 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (00913865)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 二酸化炭素 / 固体触媒 / in situ/operando分光 / 第一原理計算 / 機械学習

Outline of Final Research Achievements

To achieve a carbon-neutral society, it is necessary to establish catalytic processes that reduce CO2 using hydrogen derived from renewable energy sources and convert it into useful chemical products. In this study, we developed a solid catalyst process that selectively synthesizes CO and methanol by hydrogenating CO2 at a low temperature. The reaction mechanism was elucidated through various spectroscopic methods. The results obtained were published as an open-access paper in a peer-reviewed international journal.

Free Research Field

触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

触媒反応を「その場」で観察する技術であるin situ/operando分光法を駆使することで、開発した触媒の作用メカニズムを明らかにすることができた。本研究により得られた成果は、CO2を水素化することで有用な化成品を製造する触媒プロセスを開発するための学理の構築に貢献するものである。
また、固体触媒の設計理論は体系化されていない部分が多く、触媒探索の方法論は「絨毯爆撃的なスクリーニング」から脱却できていない。本研究の遂行にあたって蓄積されたデータを元に、次に検討する価値のある有望触媒を提案する機械学習モデルを構築した。今後は実験と機械学習の協働により、開発が加速化されることが期待できる。