代表者 : 伊藤 良一
2021.08.02
カーボンニュートラル実現に向けて、再生可能エネルギーを用いて電気化学的にCO2を還元し、メタン、メタノール、ギ酸などの有用な化成品を合成する化学的固定化技術の開発が急務となっています。そのための電極としてさまざまな材料が開発されていますが、いずれも、合成速度を高めようとすると、目的以外の副成物も合成されてしまう（生成物の選択性が低い）という問題がありました。本研究では、従来の二酸化炭素の電気化学的還元研究を見直し、目的生成物の合成速度と選択性を両立する手法を世界で初めて確立しました。
これまでの電気化学的二酸化炭素還元の研究は、二酸化炭素分子が電極表面に吸着した後の分子結合の組み換えを精密に制御することに注力されていました。しかし、生成物の合成速度を速めるには、二酸化炭素分子を大量に消費することが不可欠です。つまり、二酸化炭素分子の消費速度が供給速度を上回り、二酸化炭素分子が不足している状況下で、強引に化学反応を進めようとしていました。そこで、二酸化炭素の供給量を増大させるべく、二酸化炭素吸収材を電極表面に塗布したところ、ギ酸合成において、従来の平板スズ電極と比べて、99％以上の選択性を維持したまま、反応速度の24倍高速化に成功しました。また、計算化学的にそのメカニズムを解明しました。
この方法は、これまで使用されていた他の電極にも適用することが可能です。ギ酸に限らず化成品全般の合成速度の高速化により、経済性と生産性を両立する、二酸化炭素の資源化・再利用化が推進されることが期待されます。
筑波大学数理物質系
伊藤 良一 准教授
鄭 サムエル 大学院数理物質科学研究科（博士後期課程）電子・物理工学専攻3年次
大阪大学大学院基礎工学研究科
大戸 達彦 助教