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2019 年度 実績報告書

エッジを多く露出させたサブナノAuナノシートの合成と電解CO2還元活性

研究課題

研究課題/領域番号 17H03127
研究機関信州大学

研究代表者

杉本 渉  信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20313843)

研究分担者 望月 大  東京電機大学, 工学部, 准教授 (90434315)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード触媒・化学プロセス / ナノ材料 / 表面・界面物性 / 無機工業化学
研究実績の概要

本研究では、CO2の電解還元に対して高活性を示す電極触媒を目指し,エッジを多く露出させた厚みが1 nm以下のAuナノシートを合成する。Auナノ粒子よりも安定で活性が高い新規触媒を得るために,活性エッジサイトを多く露出させた単原子~数原子層厚のサブナノAuナノシートを合成するとともに,ナノシートの配向性を制御し,物質輸送を最大化させる三次元化Auナノシート電極を創製する。

電気化学手法を利用し、RuナノシートにAuを部分的に被覆したRu@Auコアシェルナノシートを合成した。前年度までに、Ruナノシート上にAuをサブモノレイヤー吸着させてからAuをナノ粒子化させて後に、電位サイクルコンディショニングにより、Auナノ粒子がRuナノシート上に担持されたAu0.3AL/Ru(ns)/Cを調製した。Auの電気化学比表面積(ECSA)は107 m2/(g-Au))と非常に高い。また、電気化学CO2還元を調査した結果、還元電流が観測され、反応の進行が示唆された。しかしながら、担体であるRuナノシートが露出し、そのRuが反応に関与する可能性があることから、本年度はAuの被覆率を増大させ、電極反応解析を進めた。
Au0.3AL/Ru(ns)/CおよびAu担持量を増やしたAu0.6AL/Ru(ns)/C触媒を調製し、Ru(ns)/Cと合わせて、CO2電解還元での生成物をガスクロマトグラフィーにより評価した。その結果、H2生成量は3つの触媒ともおおむね同程度であった。一方で、COとCH4の生成量はAu0.3AL/Ru(ns)/CおよびAu0.6AL/Ru(ns)/C触媒がRu(ns)/Cよりも高いことがわかった。
以上のことより、Ruナノシートをコアにし、Auを被覆したコアシェルナノシート型の触媒を調製し、コンディショニングにより、Auナノ粒子がRuナノシート上に担持されたAu/Ru(ns)/Cの調製に成功し、CO2電解還元に対して活性を示すことを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

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公開日: 2021-01-27  

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