New Nanocomposite Electrodes for Direct Electrochemical Synthesis of Fuels and Chemicals from Carbon Dioxide

地球温暖化対策の一つとしてカーボンリサイクルが注目されている。中でも二酸化炭素(CO2)の電解還元は、CO2の有効利用に加えてCO2フリーな素材や燃料を製造できる可能性がある。しかしながら、これまでのCO2の電解還元においては、十分な、多段階反応が難しい。そこで、ドライプロセスを用いて新規な複合電極を創製することによりCO2から、有用な化成品を直接電解合成することを目指す。その反応機構は、ワンステップでCO2から、CH3OHやCH4を生成するのではなく、第１ステップで2電子還元によりCOを生成した後、第２ステップで、4電子還元や6電子還元を起こし、CH3OHやCH4などへ、効率的な電解合成を目指すものである。このようなドミノ的多段階反応を自発的に連続して起こす新規なナノ構造を有した複合電極を創製する。以下のその研究手順を示す。１）各種金属の性能把握：イオンビームスパッタによりAu、Cu等の電極を作製しその材料のミクロ構造がCO2の還元特性にどのような影響を与えるのか明らかにする。また、表面修飾がCO2の還元特性にどのような影響を与えるのか解明する。２）連続反応の進行検討：COとの結合エネルギーが異なる2種類の金属をナノスケールで組み合わせた電極をイオンビームスパッタとレジスト膜を用いて面積比や空間配置等を変えて作製し、組合せ金属毎の中間生成物とH+の相互移動形態を解明し、連続反応の進行を明らかにする。３）新規複合電極の創製：レーザー描画装置を用いて、電極材をナノスケールで、最適に組み合わせ配置した新規複合電極を創製して、そのCO2の電解還元特性を明らかにする。今年度は2年目として、電極表面の改質に加え、新規複合電極の試作を行い、円盤状および線状の複合電極を作製した。

地球温暖化対策の一つとしてカーボンリサイクルが注目されている。中でも二酸化炭素(CO2)の電解還元は、CO2の有効利用に加えてCO2フリーな素材や燃料を製造できる可能性がある。しかしながら、これまでのCO2の電解還元においては、十分な、多段階反応が難しい。そこで、ドライプロセスを用いて新規な複合電極を創製することによりCO2から、有用な化成品を直接電解合成することを目指す。その反応機構は、ワンステップでCO2から、CH3OHやCH4を生成するのではなく、第１ステップで2電子還元によりCOを生成した後、第２ステップで、4電子還元や6電子還元を起こし、CH3OHやCH4などへ、効率的な電解合成を目指すものである。このようなドミノ的多段階反応を自発的に連続して起こす新規なナノ構造を有した複合電極を創製する。以下のその研究手順を示す。１）各種金属の性能把握：イオンビームスパッタによりAu、Cu等の電極を作製しその材料のミクロ構造がCO2の還元特性にどのような影響を与えるのか明らかにする。また、表面修飾がCO2の還元特性にどのような影響を与えるのか解明する。２）連続反応の進行検討：COとの結合エネルギーが異なる2種類の金属をナノスケールで組み合わせた電極をイオンビームスパッタとレジスト膜を用いて面積比や空間配置等を変えて作製し、組合せ金属毎の中間生成物とH+の相互移動形態を解明し、連続反応の進行を明らかにする。３）新規複合電極の創製：レーザー描画装置を用いて、電極材をナノスケールで、最適に組み合わせ配置した新規複合電極を創製して、そのCO2の電解還元特性を明らかにする。今年度は2年目として、電極表面の改質に加え、新規複合電極の試作を行い、円盤状および線状の複合電極を作製した。