2022 Fiscal Year Annual Research Report
単一原子触媒から成るカスケード型高速CO2電解還元系の創製
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21J22493
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
加藤 慎太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | CO2電解還元 / 電極触媒 / 固体高分子型CO2電解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンニュートラルの実現を目指す中で、CO2の電解還元は次世代のクリーンな燃料・化学原料の製造法として大きな注目を集めている。CO(一酸化炭素)よりもさらに還元が進んだエチレンやエタノールといったC2化合物は化学工業の基幹原料として特に重要であり、それらを高速・高選択的に生成できれば、CO2電解の社会実装に加速的に進むと期待される。そのような背景のもと、本研究課題ではC2化合物生成に高活性・高選択な電極触媒の創製に加え、その触媒能を最大限に引き出すことができる電極・電解セル開発を目指す。
本年度は触媒能を最大限に引き出すことができる電極・電解セル開発を目的に、電解質の厚みを極限にまで薄くした固体高分子型CO2電解系においてアノード電解液由来のアルカリカチオン種がカソード側でのCO2還元反応に及ぼす影響の定量的評価を試みた。
その結果、固体高分子膜をクロスオーバーしたアルカリカチオン種はCO2電解活性に正と負の両方の影響を及ぼすことを示唆した結果が得られた。アノード電解液に超純水を用いた場合にはC2化合物生成はほぼ確認されなかったことから、アノード電解液由来のアルカリカチオンがカソード側でのC2化合物生成における重要な要素であることが示唆された。また、アノード側からカソード側に輸送されるアルカリカチオン量の制御によりC2化合物生成の電解耐久性は大幅に向上した。これらの結果は、固体高分子型CO2電解において、アルカリカチオン種、および輸送量の適切な制御が重要であることを意味しており、高活性・高耐久性を発現可能にする必要条件の１つが明らかになったという点において非常に価値がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
固体高分子型CO2電解において、固体電解質膜をクロスオーバーしたアルカリカチオンの種類および量の制御がC2化合物生成の高活性・高耐久性を発現する必要条件であることが明らかとなった。この成果を元に電極触媒材料の触媒能を引き出すことができる電解系の構築が可能となったことから、概ね順調といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度得られた知見を応用した高活性・高選択的な電極触媒と、今年度開発した高いC2化合物生成活性・耐久性を発現可能な電解系を調和的に組み合わせることで、当初掲げた最終的な数値目標であるCO2から有機物への部分電流密度-100 mAcm-2の達成を目指す。
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