| 研究課題/領域番号 |
18K14188
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
本林 健太 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60609600)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | イオン液体 / 二酸化炭素還元 / 分光電気化学 / 表面増強赤外吸収分光法 / 電気化学 / 表面界面科学 |
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| 研究実績の概要 |
代表的なイオン液体の一つである[C4mim][BF4]中において、金電極の表面で進行するCO2還元反応のメカニズムの解明を試みた。実験は、表面増強赤外吸収分光(SEIRAS)と電気化学を組み合わせることで、電極界面におけるイオン液体及び中間体の構造と反応速度の同時観測を行い、両者の関係について検討した。
このイオン液体を十分乾燥させた場合には、CO2還元反応の進行に伴う特別な界面構造の変化や中間体の生成を検出することはできなかった。一方、このイオン液体に水を混合させた場合(8%)には、既往研究通り、CO2還元反応が促進される様子が電気化学測定により観測された。更に、この場合には[C4mim]カチオンとCO2が結合したcarbonyl種が中間体として生成することが、SEIEASにより観測された。両者の同時測定の結果について検討したところ、CO2還元反応の進行とともに、カチオンやcarbonyl種が電極に対して平行な分子配向をとる様子も観測された。
CO2よりも水の方がより高い電位で還元されるにもかかわらず、水／イオン液体混合系では水の分解反応は阻害され、CO2還元反応が優先的に進行することが既にわかっている。本研究の結果は、その原因が、カチオン及びcarbonylがその配向変化により電極を強く被覆することで、水が電極近傍から追い出されるためであることを示唆している。CO2はcarbonylの配向変化により逆に電極表面に近づくことを考えれば、CO2還元反応が優先的に進行することも理解できる。水及びCO2の還元の抑制及び促進が、イオン液体の界面構造から説明できることが分かった。CO2還元反応の高効率化のためのイオン液体の設計に役立つ重要な情報が得られたと言える。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
含水イオン液体中におけるCO2還元反応のメカニズムの一部の解明に成功した。特に、ここで解明した、CO2が水よりも優先して還元分解が進行し、高い反応選択性を示すことの原因の一端は、CO2還元反応に適したイオン液体の設計を実現するための有力な情報である。
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| 今後の研究の推進方策 |
当該年度に用いたイオン液体[C4mim][BF4]は、電位の変化に応じて各イオンの表面濃度が連続的に変化するものであった。一方、多くのイオン液体は、電極の表面電荷が0となる電位からさらに過電圧をかけることでようやく表面第一層目のイオン種が入れ替わる、特徴的な界面構造の電位応答を示す。この界面構造とCO2還元反応との関係を、別の代表的なイオン液体[C4mim][TFSA]を用いて明らかにしていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
別の研究テーマによる民間の研究助成金を獲得しており、こちらの予算で購入した試薬などの消耗品の余りを本研究課題でも使用できたため、その分が次年度使用額となった。
当初計画に計上したが減額により購入を見送る予定だった、反応生成物を同定するための設備備品の購入に、充てる予定である。
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