Development of heterogeneous electrocatalysts towards reduction of carbon dioxide into green fuels

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18373
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 中村 潤児 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40227905)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PAUL BAPPI 筑波大学, 数理物質系, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Keywords: CO2の還元 / 不均一系触媒 / 水素化 / エタノール / 電気化学 / カソード触媒

Outline of Annual Research Achievements

二酸化炭素の化学的転換が世界的に注目を浴びている。最も広く研究されてきたのは二酸化炭素の水素化によるメタノール合成であるが、最近は、より付加価値の高いエタノール合成が注目されている。エタノールには炭素原子が２原子含まれ、二酸化炭素からどのようにしてエタノールが生成されるか全くわかっていない。我々は反応メカニズムにおいて電気化学的過程が含まれていると仮定している。本研究では高圧の二酸化炭素と水素に電解質を少量添加して触媒的にエタノールを合成することを目的にしている。本研究は２０１８年１１月に開始し、初年度は種々の不均一系触媒を調製し二酸化炭素の水素化によるエタノール合成の研究を行った。はじめに触媒調製を行い、バッチ式反応器を用いた触媒活性試験を行った。Cu系では活性の高い触媒は見出されなかった。Pd系合金触媒を用いた実験においてわずかなエタノール生成を確認したが、コバルト系触媒においてより高活性な触媒を見出した。メタノールの副生も確認している。その一方でモデル触媒反応システム装置の試作を開始した。アノードとカソードの反応室 に分けて電気化学的にエタノールが生成することを立証する装置である。このモデル触媒試験システムで活性な触媒種を探索する予定である。また、二酸化炭素の水素化によるエタノール合成に関する論文の調査を行った。多くの論文において、Cu系触媒が用いられていることを確認し、添加する電解質の種類を把握した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

４か月を経過した段階で実験は順調に進展している。エタノール合成に対する活性な触媒も見出され始めている。

Strategy for Future Research Activity

触媒探索および反応条件最適化に関する実験を行う。特に反応温度の低温化が目的である。電気化学的反応機構によってエタノールが生成するとの仮説で研究を進める。低温でエタノールが生成すれば、電気化学的機構が立証できる。さらに、モデル触媒反応システム装置を完成させる。完成後にはアノードとカソードの反応室 に分けて電気化学的にエタノールが生成することを立証する。さらに、モデル触媒試験システムで活性な触媒種を探索する。