| 研究課題/領域番号 |
20H00282
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
梅田 実 長岡技術科学大学, 工学研究科, 理事・副学長 (20323066)
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| 研究分担者 |
曽根 理嗣 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (70373438)
白仁田 沙代子 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90580994)
松田 翔風 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (90800649)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | メタン生成 / 二酸化炭素還元 / 白金担持カーボン / 固体高分子形セル / 低過電圧 |
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| 研究実績の概要 |
固体高分子形燃料電池を用いてCO2をCH4に還元する研究を行い、高選択、低消費エネルギーで反応させる新技術を進めてきた。当初の電流効率が約2%であることを踏まえ本研究では、電流効率50%以上で炭化水素生成（O原子回収）実現する反応系の開発を行い、昨年に電流効率60%を達成した。本年度の研究成果は、次の通りである。
本研究では当初より、脱水溶液系としての膜電極接合体を革新技術とし、これとPt電極、低濃度CO2供給を組み合わせることで、低過電圧かつ高効率CO2還元メタン生成の可能性を追求した。この水溶液系と膜電極接合体の差異を明確にするため、燃料電池セルに供給する反応ガスの湿度を212～39%RHで変化させた。結果的に、65%RHのとき最大のメタン生成を示し、CO2還元に水分が関与することが明示された。
前年度にPt/Cを用いた電位ステップ法がCH4生成効率の向上に有効であると報告した。今回は従来の電位走査法と電位ステップ法の違いを明らかにするため走査速度の依存性を調べた。その結果、走査速度が速いほどメタン生成効率が向上することが分かった。走査前電位で前駆体（COads, Hupd）が生成していること、走査後電位でメタンが発生していること、反応物がCOadsとHopdであることを考慮すると、HupdがHopdに変化する速度が支配因子と考えられる。
前年度にPt0.9Ru0.1/C電極触媒を用いてCO2還元すると、従来のメタン生成に加えてC2-C3化合物が生成するという新しい知見を得た。この解析のため、反応中間体であるCOadsのPtへの吸着形態をストリッピングボルタンメトリーから調べた。結果として、反応に関与するCOadsが特異的にPt0.9Ru0.1/C上で凝集する傾向が見られた。これにより、C-Cカップリング反応が生じやすくなり、C1-C3化合物が生成すると考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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