CO2還元およびCO選択酸化用光触媒の開発と選択分光による作用機構追跡

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22550117
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 泉 康雄 千葉大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (50251666)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 二酸化炭素 / 光触媒 / 光燃料化 / 層状複水酸化物 / 銅 / FTIR / XAFS / 炭酸水素

研究概要

二酸化炭素削減のオプションの一つとして、自然光を利用した二酸化炭素の光燃料化は地球温暖化とエネルギー問題双方に与する。本研究では、亜鉛・銅・ガリウムを主成分とする合成粘土(層状複水酸化物)に紫外可視光を照射すると、二酸化炭素と水素からメタノールおよび一酸化炭素を合成することを見出した。粘土層間で、二酸化炭素と表面水酸基が反応して炭酸水素種となり、粘土層に光照射することで生じた電子と反応して一酸化炭素、さらにメタノールが生ずることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Recent advances in the photocatalytic conversion of carbon dioxide to fuels with water and/or hydrogen using solar energy and beyond (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Coordination Chemistry Reviews 巻: 257 ページ: 171-186
  • DOI: DOI:10.1016/j.ccr.2012.04.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] 各種表面分析を用いた材料研究事例(5)光触媒作用について調べる (2013)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄
  • 雑誌名: 色剤協会誌 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymer electrolyte fuel cell supplied with carbon dioxide. Can be the reductant water instead of hydrogen? (2012)
  • 著者名/発表者名: Motoharu Morikawa, Naveed Ahmed, Yuta Ogura, and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Applied Catalysis B 巻: 117/118 ページ: 317-320
  • DOI: DOI:10.1016/j.apcatb.2012.01.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preferential oxidation of carbon monoxide in hydrogen using zinc oxide photocatalysts promoted and tuned by adsorbed copper ions (2012)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yoshida, Yu Mitani, Takaomi Itoi, and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 287 ページ: 190-202
  • DOI: DOI:10.1016/j.jcat.2011.12.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocatalytic conversion of carbon dioxide into methanol using optimized layered double hydroxide catalysts (2012)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Motoharu Morikawa, and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Catalysis Today 巻: 185 (1) ページ: 263-269
  • DOI: DOI:10.1016/j.cattod.2011.08.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring of Photocatalytic Reduction Sites of Preferential Oxidation of Carbon Monoxide in Hydrogen (2012)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yoshida and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2011 巻: 29B ページ: 58
  • URL: http://pfwww.kek.jp/pfacr/
• [雑誌論文] Structure of Copper Hydroxy Anions in the Layered Double Hydroxides for the Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide to Methanol (2012)
  • 著者名/発表者名: Ahmed Naveed, Motoharu Morikawa, and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2011 巻: 29B ページ: 55
  • URL: http://pfwww.kek.jp/pfacr/
• [雑誌論文] Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide into Methanol using Zinc-Copper-M(III) (M = Aluminum, Gallium) Layered Double Hydroxides (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Yoshiyuki Shibata, Tatsuo Taniguchi, and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 279 (1) ページ: 123-135
  • DOI: DOI:10.1016/j.jcat.2011.01.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光選択CO酸化に高活性な Cu,Pd,Fe,Ti,Ce-ZnO 触媒の作用機構のXAFS観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Izumi, Yuusuke Yoshida, Naveed Ahmed, Motoharu Morikawa, Kazuki Oka, and Yuta Ogura
  • 雑誌名: SPring-8 User Experiment Report ページ: 2011A1978
  • URL: http://user.spring8.or.jp/uisearch/ex preport/ja
• [雑誌論文] Zn-Cu-Ga層状複水酸化物を用いたCO_2光 燃料化機構のXAFS 観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Izumi, Naveed Ahmed, Yuusuke Yoshida, Motoharu Morikawa, Kazuki Oka, and Yuta Ogura
  • 雑誌名: SPring-8 User Experiment Report ページ: 2011A1977
  • URL: http://user.spring8.or.jp/uisearch/ex preport/ja
• [雑誌論文] Partial Reduction of Copper/Cerium Oxide Catalyst to Activate Carbon Dioxide to Form Dimethyl Carbonate Monitored by Ce L -edge XAFS (2011)
  • 著者名/発表者名: Seiki Wada and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2010 巻: 28B ページ: 24
  • URL: http://pfwww.kek.jp/acr2010pdf/3
• [雑誌論文] Photoreduction of Copper Sites of Semiconductor Layered Hydroxide Photocatalyst Monitored Using In Situ Cu K-edge XANES (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2010 巻: 28B ページ: 20
  • URL: http://pfwww.kek.jp/acr2010pdf/
• [雑誌論文] Synthesis and Site Structure of a Replica Platinum-Carbon Composite Formed Utilizing Ordered Mesopores of Aluminum-MCM-41 for Catalysis in Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Oka, Yoshiyuki Shibata, Takaomi Itoi, and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Journal Physical Chemistry C 巻: 114 (2) ページ: 1260-1267
  • DOI: DOI:10.1021/jp909934r
  • 査読あり
• [雑誌論文] 化学反応速度と化学平衡 (2010)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 58(5) ページ: 230-233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of copper in the CO2 photo-reduction to fuels using Zn-Cu-Al/Ga layered double hydroxides (2010)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed and Yasuo Izumi
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2009 巻: 27B ページ: 30
  • URL: http://pfwww.kek.jp/acr2009pdf/
• [学会発表] 酸化セリウム表面のLewis酸-塩基ペアによる二酸化炭素の炭酸ジメチルへの触媒的変換の最適化と作用機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺健太郎・岡和輝・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会、3G4-47
  • 発表場所: 草津(滋賀)
  • 年月日: 2013-03-24
• [学会発表] (0001)面を選択して露出させた酸化亜鉛の合成とCO光PROX反応性の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田祐介・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会、1G5-39
  • 発表場所: 草津(滋賀)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 層状複水酸化物による二酸化炭素の光触媒的メタノール化反応機構のFTIR/XAFS解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森川元治・Naveed Ahmed・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会、1G5-53
  • 発表場所: 草津(滋賀)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 銅イオン吸着ZnOを用いた、表面水酸基とフォルメート種を経由するCO光PROX特有の反応機構解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田祐介・泉康雄
  • 学会等名: 第110回触媒討論会A、2J10
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] 光触媒を利用する二酸化炭素光燃料化および次世代ソーラー環境・エネルギー技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄
  • 学会等名: 千葉エリア産学官連携オープンフォーラム2012
  • 発表場所: 習志野
  • 年月日: 2012-07-27
• [学会発表] Preferential Oxidation of CO in Hydrogen using Nanosynthesized ZnO Photocatalysts Promoted and Tuned by Adsorbed Cu Ions (2012)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yoshida, and Yasuo Izumi
  • 学会等名: Abstracts of 15th International Congress on Catalysis
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2012-07-04
• [学会発表] Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide into Methanol using Layered Double Hydroxides and its Application to Solar Fuel Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Yasuo Izumi, and Motoharu Morikawa
  • 学会等名: 15th Nanomaterials for Clean Energy International Congress on Catalysis
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2012-07-03
• [学会発表] 穏和な条件で二酸化炭素を炭酸ジメチルに変換するCeO_2ベース触媒の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺健太郎・和田聖己・岡和輝・Ahmed Naveed・小倉優太・森川元治・吉田祐介・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会、3F5-12
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Photocatalytic conversion of carbon dioxide into methanol over layered double hydroxide catalysts(依頼講演) (2012)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Yasuo Izumi
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会、3F3-31
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 銅吸着酸化亜鉛ナノ結晶の異方性と銅イオンサイト構造がCO光PROX反応性に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田祐介・糸井貴臣・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会、3G1-48
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 層状複水酸化物半導体と水光酸化触媒とを高分子電解質で隔てた二酸化炭素光燃料化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森川元治・Naveed Ahmed・小倉優太・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会、2G1-13
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Photo-catalytic Conversion of Carbon Dioxide into Methanol using Zinc-Copper-M(III) (M = Aluminum, Gallium) Layered Double Hydroxides and the Derivatives (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed and Yasuo Izumi
  • 学会等名: International Conference on Composites and Nanocomposites
  • 発表場所: Institute of Macromolecular Science and Engineering Kottayam, Kerala, India (Invited)
  • 年月日: 20110107-09
• [学会発表] 水分解/水素酸化と二酸化炭素還元とを分割したセルを用いたメタノール合成触媒の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森川元治・アハマドナヴィード・泉康雄
  • 学会等名: 第108回触媒討論会A、3C21
  • 発表場所: 北見
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 銅イオン吸着ZnOナノ粒子光触媒を用いたCO光PROX反応における銅イオンの役割のスペクトル追跡 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田祐介・泉康雄
  • 学会等名: 第108回触媒討論会A、3D10
  • 発表場所: 北見
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Photocatalytic Roles of Copper in Cationic Layers and as Anionic Species between Layers in Zinc-Gallium Layered Double Hydroxides to Convert Carbon Dioxide into Methanol (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed・泉康雄
  • 学会等名: 第108回触媒討論会A、1D14
  • 発表場所: 北見
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Photocatalytic Challenge to Convert CO_2 into Methanol (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Motoharu Morikawa, and Yasuo Izumi
  • 学会等名: First Bilateral School and Workshop on Nanotechnology and New Materials with Environmental Challenges
  • 発表場所: Toledo, Spain
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Photocatalytic Challenge to Convert CO_2 into Methanol (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Motoharu Morikawa, and Yasuo Izumi
  • 学会等名: Japan-Spain Workshop on "New Nanomaterials for Clean Energy Technologies
  • 発表場所: Alicante, Spain
  • 年月日: 2011-09-13
• [学会発表] Photocatalytic conversion of carbon dioxide into methanol using optimized layered double hydroxide catalysts (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Motoharu Morikawa, and Yasuo Izumi
  • 学会等名: Proceedings of the 13th Korea - Japan Symposium on Catalysis
  • 発表場所: Seogwipo, Jeju Island, Republic of Korea
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] 吸着銅イオンで促進された均-ナノ粒子酸化亜鉛の水素中-酸化炭素光PROX反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田祐介・三谷悠・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会、3B4-46
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] 酸化チタンナノ粒子とナノチューブのCO光PROX反応についての相乗効果の最適化と反応機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 三谷悠・吉田祐介・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会、3B4-45
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] 二酸化炭素からメタノールへ光変換するZn-Cu-Ga複水酸化物の層間反応場の最適化 (2011)
  • 著者名/発表者名: アハマドナヴィード・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会、2B4-28
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 銅担持酸化セリウム触媒を用いた、メタノールと二酸化炭素からの温和な条件での炭酸ジメチル合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 和田聖己・泉康雄
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会、1B4-10
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Zn-Cu-M(III)(M=Al,Ga)層状複水酸化物光触媒を用いた二酸化炭素のメタノール化 (2011)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed、泉康雄
  • 学会等名: 第28回PFシンポジウム
  • 年月日: 2011-03-14
• [学会発表] 「高輝度XAFSにより見分ける新たな環境調和触媒作用」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄
  • 学会等名: SPring-8利用者懇談会第8回X線スペクトロスコピー利用研究会報告会
  • 発表場所: 両国(依頼講演)
  • 年月日: 2011-01-14
• [学会発表] クリーン化学エネルギーを最大限に活用するナノ触媒設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄
  • 学会等名: 日本テクノセンター・セミナー
  • 発表場所: 新宿(依頼講演)
  • 年月日: 2010-12-06
• [学会発表] 燃料電池の進展を支えるナノ粒子電極触媒の立体的構築と三相界面を見分ける選別XAFS観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄
  • 学会等名: 第106回触媒討論会A、127
  • 発表場所: 甲府(依頼講演)
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] CO光PROX反応を進める酸化チタンについての研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 三谷悠、泉康雄
  • 学会等名: 第106回触媒討論会A
  • 発表場所: 甲府
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] Role of copper and aluminum in the photo-reduction of CO_2 over Zn_<3-x>Cu_xM (M = Al, Ga) LDH catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed、泉康雄
  • 学会等名: 第106回触媒討論会A、209
  • 発表場所: 甲府
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 二酸化炭素を炭酸ジメチルに化学変換する触媒の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 和田聖己、泉康雄
  • 学会等名: 千葉エリア産学官連携オープンフォーラム2010、38
  • 発表場所: 西千葉
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] ナノ構造を制御した各種酸化亜鉛の光PROX反応への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田祐介、泉康雄
  • 学会等名: 触媒学会燃料電池関連触媒研究会、第3回新電極触媒シンポジウム-異種界面の現象と触媒開発-、P-12
  • 発表場所: 伊東
  • 年月日: 2010-09-09
• [図書] VドープTiO_2 (2011)
  • 著者名/発表者名: 泉康雄,触媒調製ハンドブック,岩本正和監修
  • 総ページ数: 448-449,788
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide into Fuels using Layered Double Hydroxides Coupled with Hydrogen or Water
  • 著者名/発表者名: Naveed Ahmed, Motoharu Morikawa, and Yasuo Izumi
  • 出版者: in "New and Future Developments in Catalysis: Activation of Carbon Dioxide", Chapter 21, Steven L. Suib, Ed., Elsevier, in press
• [備考]
  • URL: http://cat.chem.chiba-u.jp/index.html