Development of soft materials for highly efficient electrochemical CO2 reduction catalyst membrane

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K04840
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 山口 勲 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (00272708)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: CO2電解還元 / イミダゾリウム化合物 / 気体透過性高分子 / 高分子触媒 / サイクリックボルタンメトリー

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、CO2電解還元高分子触媒として機能する薄膜を金属電極上に作成して、CO2電解還元触媒能を評価することを目的としている。今年度は、高気体透過性高分子とCO2電解還元触媒として機能する各種イミダゾリウム化合物との複合膜のCO2電解還元触媒活性を評価した。
高気体透過性高分子としてポリ（トリメチルシリル-1-プロピン) (PTMSP)を用いた。イミダゾリウム塩には1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate (Imi-1)、1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (Imi-2)、1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Imi-3)、1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Bromide (Imi-4)を用いた。
PTMSPと各種 イミダゾリウム化合物の1:1物質量比の溶液を用いて白金電極上にキャストして作成した複合膜のCO2電解還元触媒を、サイクリックボルタモグラムにより評価した。いずれの複合膜もすべて、PTMSP単体膜よりも還元電流値が大きくなったことから、 イミダゾリウム化合物がCO2電解還元触媒として働いているが確認できた。また、電解質溶液中に水を100 μL, 200 μL, 300 μL, 400 μLを添加したときのCO2電解還元触媒活性を調べた。その結果、電解質溶液中の水分量が多いほど還元電流値が大きくなっており、水がCO2電解還元によるH2発生のプロトン源となっていることが確認できた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

白金電極上に、PTMSPとイミダゾリウム化合物を混合して作成した薄膜が、CO2電解還元触媒活性を示すことを明らかにできた。高気体透過性高分子をマトリックスとして、白金電極上にCO2電解還元触媒であるイミダゾリウム化合物を固定することが、触媒の高活性化に寄与することがことを明らかにすることができたことから、現在までにおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度は、高気体透過性高分子であるPTMSPにイミダゾリウム化合物を混合した薄膜のCO2電解還元触媒能を評価した。令和7年度は、イミダゾリウム化合物を化学結合によりPTMSPに導入した高分子を用いて、CO2電解還元触媒活性を評価する。

Causes of Carryover

次年度使用額の77,700円を別予算で手当てできたため。