ダイヤモンド電極による二酸化炭素の有用物質への電気化学的変換

豊富な炭素資源である二酸化炭素を、有用な化合物へと変換する手法の一つに電解還元法がある。室温常圧の条件下、印加する電位や電流により反応を制御できる。本研究では、作用極に、微量のホウ素を含むメタルフリーの炭素材料であるダイヤモンド電極を用い、電解液の特殊化や電極材料の改質により、反応の効率化や新たな生成物の生成を目指した。本年度の研究で、電解液の特殊化として、微細気泡化した二酸化炭素を含む溶液による電解反応を検討した。微細気泡が触媒のような働きをして、反応の効率化や一酸化炭素生成の促進が生じることを見出した。また、電極材料の改質として、リンドープダイヤモンド膜の作製にも取り組んだ。成膜条件をより正確に制御するため、リン源の導入部分やホルダーの設置部分の改良を行った。微細気泡化した二酸化炭素を含む溶液を用いて、二酸化炭素の電解還元を行った。印加された電位は、微細気泡を含まない溶液を用いた場合よりも貴側であり、反応を進行させるのに必要な過電圧が低下した。また、微細気泡を含まない溶液を用いた場合と比べて、一酸化炭素の生成が促進された。反応中の電極と溶液との界面の様子をATR-IR測定によって分析したところ、微細気泡を含む溶液を用いたときの方が、反応中間体由来のピークがより貴な電位から明瞭に観測された。微細気泡表面が帯電していることで周囲に形成されるイオンの層により、二酸化炭素や反応中間体の動きが電極近傍に制限されて、過電圧の低下や一酸化炭素生成の促進が生じたと考えられる。以上のように、本年度は、ダイヤモンド電極による二酸化炭素の電解還元において、電解液の特殊化に関する研究を行い、微細気泡の技術を電気化学反応へ応用した。

豊富な炭素資源である二酸化炭素を、有用な化合物へと変換する手法の一つに電解還元法がある。室温常圧の条件下、印加する電位や電流により反応を制御できる。本研究では、作用極に、微量のホウ素を含むメタルフリーの炭素材料であるダイヤモンド電極を用い、電解液の特殊化や電極材料の改質により、反応の効率化や新たな生成物の生成を目指した。本年度の研究で、電解液の特殊化として、微細気泡化した二酸化炭素を含む溶液による電解反応を検討した。微細気泡が触媒のような働きをして、反応の効率化や一酸化炭素生成の促進が生じることを見出した。また、電極材料の改質として、リンドープダイヤモンド膜の作製にも取り組んだ。成膜条件をより正確に制御するため、リン源の導入部分やホルダーの設置部分の改良を行った。微細気泡化した二酸化炭素を含む溶液を用いて、二酸化炭素の電解還元を行った。印加された電位は、微細気泡を含まない溶液を用いた場合よりも貴側であり、反応を進行させるのに必要な過電圧が低下した。また、微細気泡を含まない溶液を用いた場合と比べて、一酸化炭素の生成が促進された。反応中の電極と溶液との界面の様子をATR-IR測定によって分析したところ、微細気泡を含む溶液を用いたときの方が、反応中間体由来のピークがより貴な電位から明瞭に観測された。微細気泡表面が帯電していることで周囲に形成されるイオンの層により、二酸化炭素や反応中間体の動きが電極近傍に制限されて、過電圧の低下や一酸化炭素生成の促進が生じたと考えられる。以上のように、本年度は、ダイヤモンド電極による二酸化炭素の電解還元において、電解液の特殊化に関する研究を行い、微細気泡の技術を電気化学反応へ応用した。