2023 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding and controls of reaction intermediates in electrochemical carbon dioxide reduction and development of gaseous flow type electrolytic synthesis cell
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21H02037
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
伊藤 良一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90700170)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻口 拓也 金沢大学, 機械工学系, 教授 (10510894)
高橋 康史 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90624841)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素 / 電気化学的還元 / 化成品 / 走行型電気化学顕微鏡 / 気体フロー型セル / 電解合成 / 電極触媒 / グラフェン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
持続可能な二酸化炭素排出量の削減を可能とする二酸化炭素リサイクル技術確立に向けて、再生可能エネルギー由来の電力を用いた電気化学的二酸化炭素還元による有用な化成品（メタン、メタノール、ギ酸など）や合成燃料（e-fuel）を製造できる化学的固定化技術の開発が求められている。本研究は、前年度に引き続いて化成品電解合成効率を向上させるための要素研究を実施し、特に電解合成時の選択率を大幅に低下させる主原因とされる水素発生の抑制メカニズム解明について重点的に研究を行った。本研究目的を達成させるために試作した走行型電気化学セル顕微鏡と第一原理計算を用いて、幾何学構造（エッジやテラスなど）や卑金属種（電気化学的水素発生が得意な金属と不得意な金属）に依存した副反応の水素発生が促進または抑制される反応メカニズムの詳細を世界で初めて明らかとした。この特殊な顕微鏡を用いて実験的に可視化した触媒設計指針は日本人博士課程2年生を筆頭著者とし、論文発表を行い、プレスリリースを通じて研究成果の社会還元に努めた。また、上記の触媒反応メカニズムの解明に加えて、気体フロー型電解合成セルの動作試験を行った。従来の気体二酸化炭素を飽和させた電解液を使用する液体フロー型電解合成セル性能と本気体フロー型ギ酸電解合成セル性能を比較したセル実験結果から、気体二酸化炭素を流したほうが気体二酸化炭素で飽和させた液体を流したときよりも小さい電圧で大きな電流値が得られた。これらの検討結果から、気体フロー型電解合成セルは液体フロー型電解合成セルよりも高いファラデー効率を出せる可能性があることを証明し、気体フロー型電解合成セルの要素研究を進めることができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
２０２４年１月12日 第２０回日本学術振興会賞に25氏、科学新聞 ４ページ
２０２４年筑波大学若手教員特別奨励賞
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[Journal Article] Dielectric response and excitations of hydrogenated free-standing graphene2023
Author(s)
Betti Maria Grazia、Marchiani Dario、Tonelli Andrea、Sbroscia Marco、Blundo Elena、De Luca Marta、Polimeni Antonio、Frisenda Riccardo、Mariani Carlo、Jeong Samuel、Ito Yoshikazu、Cavani Nicola、Biagi Roberto、Gillespie Peter N.O.、Hernandez Bertran Michael A.、Bonacci Miki、Molinari Elisa、De Renzi Valentina
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Journal Title
Carbon Trends
Volume: 12
Pages: 100274～100274
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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