2022 Fiscal Year Research-status Report

二酸化炭素還元触媒へ向けた金属/有機ハイブリッド電極の電気化学的自己組織化

Research Project

Project/Area Number	22K20562
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	津田勇希国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (80964189)
Project Period (FY)	2022-08-31 – 2024-03-31
Keywords	二酸化炭素電解 / 無機/有機ハイブリッド / 電解析出法 / 電気化学 / 電極触媒 / 高分子
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、二酸化炭素の効率的なエネルギー資源への変換に向け、二酸化炭素還元反応の高活性化と還元生成物選択性の向上を実現する、高分子と金属とを組み合わせた電極を基盤とする金属/有機ハイブリッド電極触媒の開発を目指している。二酸化炭素を有用な資源である炭化水素へと電気化学的に還元することが可能な唯一の金属である銅を金属種として、また、二酸化炭素を高濃度で且つ強く吸着することが期待でき、カチオン密度が大きく、高い反応性を持つルミノールおよびメラミンをモノマーとして選定した。ルミノールおよびメラミンを電解重合によりポリマー化することで基板との接触の良さと高い導電性を実現し、さらにその電極上に金属銅を電解析出法で堆積させることで金属/有機ハイブリッド触媒を得た。電解重合後の電極について、硫酸を含む水溶液中でサイクリックボルタンメトリーを測定し、それぞれのレドックスピークの出現によりルミノールおよびメラミンのポリマー化を確認し、銅の析出はXRDパターンによって確認した。メラミンの重合物上に銅を電析すると、金属銅のみでなく亜酸化銅が析出するというとても興味深い結果が得られた。ポリメラミンは酸素還元触媒として機能することが報告されていることから、この場合は、金属銅電析浴中で、金属銅電析反応と酸素還元反応とが同時に起こり、酸素還元反応で生じた水酸化物イオンが銅イオンと反応することで、部分的に亜酸化銅が析出したと考察された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究で目指している金属と有機物とで構成される金属/有機ハイブリッド電極の作製に成功している。当初計画していた、金属銅/ポリルミノールハイブリッド電極に加え、金属銅/ポリメラミンハイブリッド電極も同様の手法での作成に成功し、ポリマーの選択肢に幅を持たせることが出来た。
Strategy for Future Research Activity	今後は得られた金属/有機ハイブリッド電極の二酸化炭素電解還元試験に取り組み、高分子導入効果の検証を行う。加えて、メラミン重合体上では金属銅に加えて亜酸化銅が電解析出する機構の解明や、そのことが二酸化炭素還元触媒活性に与える影響を評価する。
Causes of Carryover	ガス配管作業を想定よりも安価に済ませることができたため。次年度に、電解化学セルや高純度試薬の購入に使用する予定である。