| 研究課題/領域番号 |
09450313
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
工業物理化学
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
堀 善夫 千葉大学, 工学部, 教授 (20114324)
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| 研究分担者 |
星 永宏 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 講師 (30238729)
古賀 修 千葉大学, 工学部, 助教授 (60110293)
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| 研究期間 (年度) |
1997 – 1999
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| キーワード | CO_2 / 電気化学還元 / 単結晶 / 電極 / 金属 / 結晶方位 / 原子配列 / 銅 |
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| 研究概要 |
CO_2の電気化学還元は、温室効果ガスのCO_2を固定する可能性を与えるものであるが、学術的にも興味深い反応である。本研究では、この反応をブローブとして、金属の電極触媒活性の起源が、どのように決定されるかを解明することを試みた。
二酸化炭素を白金電極上で電気化学的に還元すると、吸着CO種を生じる。本研究では、白金単結晶面を電極として検討した。反応活性は、結晶面の原子配列に大きく依存し、(111)<(997)<(332)<(221)<(110)<(331)<(110)の順になった。この順序は、電極面の(111)ステップ密度にほぼ比例している。このことから、二酸化炭素の還元に活性な水素は、ステップの4-foldサイトに吸着しているものであり、これらが低過電圧で二酸化炭素を還元するものと推定された。
水溶液中でCO_2の還元を行うと、Pt電極は継続的にCO_2を還元しない。ところが、アセトニトリル溶液中でPt電極上でのCO_2の還元を行うと、水の濃度が低いときはシュウ酸の生成が主反応となり、水の濃度の上昇と共にシュウ酸が減少し、ギ酸の生成が主となることがわかった。これはPbやHgと同様に、Pt電極表面にはCOが強く吸着しているため、CO_2還元の中間生成物であるCO_2アニオンラジカルが電極面に吸着せず、遊離した状態で存在するためと結論される。
Cu電極を用いてCO_2を電気化学的に遼元すると、メタン、エチレン、アルコール等を高い電流密度で生成する。Cuの単結晶を電極としてCO2_2を0.1 M KHCO2_3中で還元し、反応の選択性を検討した。その結果から基本指数面のうちでは、(100)面がエチレン生成に有利だが、(100)面にある割合で(111)ステップを導入することにより、エチレン生成は顕著に増大する。特に4原子列の(100)面に(111)ステップを導入した(711)面がエチレンの生成に高い選択性を有しており、(111)面の約70倍ものC_2/C_1値を示した。
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