| 研究課題/領域番号 |
23K23123
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01855 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
官 国清 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (90573618)
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| 研究分担者 |
阿布 里提 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70565374)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 二酸化炭素電解還元 / バイオマス中間体電解酸化 / バイオマス変換 / 電解セル / 触媒調製 / 触媒評価 / ヒドロキシメチルフルフラール / フランジカルボン酸 / 二酸化炭素還元 / 電極触媒 / 律速過程 / 多炭素化合物 / バイオマス転換 / CO2還元触媒 / 金属層状複水酸化物触媒 / エチレン / ギ酸 / 電解還元 / 電解酸化 / バイオマス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
再生可能エネルギーを用いて陰極でCO2を有価物へ電解還元と同時に、陽極の酸化反応を上手く組み合わせるようにすれば、電解セルの両電極で同時に高付加価値化学品を合成できる。本研究では、CO2をC2＋化合物へ電解還元触媒と、バイオマス由来ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）をバイオプラスチック原料のフランジカルボン酸（FDCA）へ電解酸化触媒を開発する上、固体電解質を備える電解セルを試作し、両電極の生産効率を評価する。
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| 研究成果の概要 |
本研究ではCO2をエチレンなどへ高効率かつ安定的に電解還元するために、B、La及びSnをドーピングしたCu触媒を開発した。さらに、元素ドーピングによるCu原子の電子構造の変化、目標産物への主な表面反応中間体の吸着挙動なども調べた。また、ヒドロキシメチルフルフラールをフランジカルボン酸へ電解酸化触媒の最適化も行ったと同時に、電極の表面での触媒反応機構も明らかにした。プロトンバッファリング用多孔質プロトン伝導性固体電解質膜とバイポーライオン交換膜を備える電解セルの試作・評価も行い、電解セルの両電極で同時に高付加価値化学品を高効率的に合成できる必要な条件及び電解セルの改良点を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
地球温暖化を抑制するために、世界各国はCO2排出量の削減目標を掲げている。この目標達成には、再生可能エネルギーによる発電などへの転換による「脱炭素」だけでなく、CO2を循環的に利用する「炭素循環」も必要であり、そのための燃料・化学品へのCO2変換技術が長期的視点からは必要不可欠になる。そのため、太陽光・風力などの再生可能変動電源を用いて電気化学的にCO2を有価物へと変換するとき、陰極の触媒性能を高めてCO2の還元速度を向上させると同時に、陽極の酸化反応によるバイオマス中間体の高付加価値化を上手く組み合わせるようにすれば、電解セルの両電極で同時に高付加価値化学品を高効率的に合成できる。
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