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a-C表面での水素発生過電圧コントロールによる高効率な二酸化炭素固定化技術の構築

研究課題

研究課題/領域番号 20H02845
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関山口大学

研究代表者

本多 謙介  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (60334314)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
キーワードアモルファスカーボン / 二酸化炭素還元 / 電極触媒 / 光触媒 / 電気化学触媒
研究開始時の研究の概要

二酸化炭素から燃料を合成する研究開発は、環境と資源・エネルギーの問題を同時に解決できる技術開発である。しかし、CO2からCOへの還元反応は、標準電位が-0.53V vs. NHEと、水素生成の標準電位(0V vs. NHE)より卑電位にあるため、水溶液中でCO2を電気化学的に還元、あるいは光触媒により還元することは困難である。このため、高活性(水素生成とCO2還元の分離)と高耐久性を併せ持つCO2還元電極の具現化には至っていない。本研究では、アモルファスカーボン表面を利用した新規な水素生成過電圧の制御手法により、CO2を高効率に還元可能で、安定性の高い触媒電極とCO2還元光触媒の開発を行う。

研究成果の概要

本研究は、高効率と高耐久性を併せ持つ二酸化炭素還元電極触媒と光触媒を具現化することを目的とした。電極材料には、物理的に安定で水素生成過電圧を高めることが可能なアモルファスカーボンを利用した。水素生成過電圧を高める効果の高い窒素を不純物原子とした、窒素ドープ導電性a-C電極の表面に活性サイトとして働くアミノ基とカルボニル基の導入により、二酸化炭素をギ酸に還元可能なa-C電極触媒を具現化できた。二酸化炭素還元電流効率は95%と高い値を示し、二酸化炭素電流の6時間後の低下率は7%程度と非常に安定である。したがって、高効率と高耐久性を併せ持つ二酸化炭素還元電極触媒の具現化に成功したと結論づけられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電気化学および光電気化学的手法を用いてCO2をギ酸への変換を可能とする本研究の成果は、大気中のCO2濃度を低減可能であり、ギ酸を資源に利用可能なため、環境と資源・エネルギーの問題を同時に解決可能となる技術である。また、CO2からギ酸への還元反応は、標準電位が-0.61Vであり、水素生成反応の標準電位(0V)より卑電位側であるため、水溶液中で水素生成反応の阻害を受けずにCO2を還元することは困難である。本研究のa-Cを用いた水素生成反応の抑制制御と活性サイト賦与によるCO2還元触媒の具現化手法は、高活性と高耐久性を併せ持つCO2還元触媒を具現化する新たな手法であり、新たな触媒の設計指針となる。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] High-performance carbon-rich amorphous silicon carbon alloy semiconductors with low optical gaps2023

    • 著者名/発表者名
      Honda, Kensuke; Matsumoto, Akari; and Kondo, Bunta; Shimizu, Yuta
    • 雑誌名

      Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures

      巻: 148 ページ: 115652-115652

    • DOI

      10.1016/j.physe.2023.115652

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical reduction of carbon dioxide in an aqueous solution using phosphorus-doped polycrystalline diamond electrodes2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Naragino, Yu Saitoh and Kensuke Honda
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 134 ページ: 107164-107164

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2021.107164

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ダイヤモンド電極・アモルファスカーボン電極を用いた電気化学測定法2021

    • 著者名/発表者名
      本多 謙介
    • 雑誌名

      電気化学

      巻: 89 号: 2 ページ: 157-166

    • DOI

      10.5796/denkikagaku.21-TE0003

    • NAID

      130008049449

    • ISSN
      2433-3255, 2433-3263
    • 年月日
      2021-06-05
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Porous TiO2 adsorbed with squaraine dye as visible-light-responsive photocatalyst2021

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Suzuko、Sonoda Kotoe、Maruoka Kiyotaka、Yamazaki Yukari、Naragino Hiroshi、Honda Kensuke、Murafuji Toshihiro、Sumimoto Michinori
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 421 ページ: 113543-113543

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2021.113543

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 表面官能基を制御したアモルファスカーボンによる酸素還元触媒2021

    • 著者名/発表者名
      本多 謙介
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 37 ページ: 25-27

    • NAID

      40022572022

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of C-rich a-SiC Semiconductor Nanoparticles Having Variable Optical Gaps and Particle Sizes Using High-density Plasma in Localized Area2020

    • 著者名/発表者名
      Kensuke HONDA and Ryutaro KOBAYASHI,
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 88 号: 5 ページ: 397-406

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.20-64071

    • NAID

      130007896974

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 年月日
      2020-09-05
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visible light responsive TiO2 photocatalysts for degradation of indoor acetaldehyde2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuko Yamazaki, Keisuke Kozasa, Kohsiro Okimura, Kensuke Honda
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 号: 68 ページ: 41393-41402

    • DOI

      10.1039/d0ra07567a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Amorphous carbon having higher catalytic activity toward oxygen reduction reaction: Quinone and carboxy groups introduced onto its surface2020

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Honda, Yuta Waki, Akari Matsumoto, Bunta Kondo, Yohsuke Shimai
    • 雑誌名

      Diamond & Related Materials

      巻: 107 ページ: 107900-107900

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.107900

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 半導体ナノ粒子のプラズマ合成と水素生成光触媒への応用2022

    • 著者名/発表者名
      本多 謙介
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素発生過電圧コントロールと表面構造制御による高効率アモルファスカーボン二酸化炭素還元触媒の創製2022

    • 著者名/発表者名
      本多 謙介, 井上 智之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高効率多接合型太陽電池に向けてアモルファス構造を制御したSi添加アモルファスカーボン(a-SixC1-x)半導体薄膜の開発と合成手法の確立2022

    • 著者名/発表者名
      近藤 文太,本多 謙介
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of P-doped Si-added amorphous carbon semiconductor thin films by structural defect controlling at pn-junction interface for high-efficiency multi-junction solar cells2021

    • 著者名/発表者名
      Bunta Kondo, Kensuke Honda
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of atmospheric-pressure plasma reactor for fabrication of semiconductor nanoparticles with controllable particle size2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Naragino, Misato Ishikawa, Kensuke Honda
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical quantitation of sulfate ion in aqueous solution using peroxydisulfate ion generated by preelectrolysis2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Naragino, Yu Saito , Kensuke Honda,
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of high performance C-Rich a-SiC semiconductor having variable optical gap by control of its phase structure2021

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Honda, Akari Matsumoto, Yukiko Makayama, Hiroshi Naragino
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高効率マルチ接合型太陽電池の実現に向けたキャリア密度および移動度の制御によるシリコン添加アモルファスカーボン薄膜の半導体特性の向上2021

    • 著者名/発表者名
      近藤 文太、楢木野 宏、本多 謙介
    • 学会等名
      第68回応用物理春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 大気圧ミストプラズマを用いた粒径制御可能な半導体ナノ粒子の 合成法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      楢木野 宏、石川 美里、本多 謙介
    • 学会等名
      第68回応用物理春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Development of High Performance C-Rich a-SiC Semiconductors with Narrow-Optical Gap By Control of Its Phase Structure2020

    • 著者名/発表者名
      K. Honda, and A Matsumoto
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2020)/238th ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 二酸化炭素還元触媒の製造方法2021

    • 発明者名
      本多 謙介
    • 権利者名
      山口大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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