2022 年度研究成果報告書

プラズマ触媒反応による非熱的CO2還元とメタノール高速合成

研究課題

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研究課題/領域番号	21K18615
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分14:プラズマ学およびその関連分野
研究機関	東京工業大学
研究代表者	野崎智洋東京工業大学, 工学院, 教授 (90283283)
研究期間 (年度)	2021-07-09 – 2023-03-31
キーワード	プラズマ化学 / プラズマ触媒 / カーボンリサイクル / 炭素循環 / カーボンニュートラル / 二酸化炭素 / メタノール / メタン
研究成果の概要	非平衡プラズマを用いてCO2を振動励起することで，触媒上で炭酸塩またはフォルメートを生成する速度が速くなることを明らかにした。中間体をメタノールに転換するために，多様な元素と合金化できるNi合金触媒（NiM/Al2O3: M = Zn，Ga，In）を開発し，CO2転換に対する活性を維持しながらメタノールの高速合成を実現する高活性合金触媒のスクリーニングを行った。NiGaではCO2転換率に対する低温活性化だけでなくプラズマによって低温でメタノール選択率が上昇し約30％に達することに成功した。プラズマは反応活性を高めるだけでなく反応選択性を制御する機能を有することを実証した。
自由記述の分野	プラズマ化学，熱工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	化学反応プロセスの多くは熱エネルギーの大量消費のうえに成り立っており，革新的な省エネルギー，環境負荷低減を実現するうえで大きな改善が要求されている。本研究では，プラズマによって振動励起されたCO2が水素化される触媒反応を実現し，CO2からメタノール（CH3OH）を高速合成するプラズマ触媒反応の基盤となる合金触媒の開発に成功した。この技術を用いることにより，再生可能エネルギーを用いた電子駆動触媒反応制御が可能となり，熱エネルギー利用から脱却したCO2利用技術および低炭素社会の早期実現に貢献することができる。