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

用于二氧化碳直接电化学合成燃料和化学品的新型纳米复合电极

• 批准号: 21K05262
• 负责人: 福永 明彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05262/
• 关键词: CO2還元; 電解還元; 複合電極

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。

Global warming countermeasures <s:1> 1: と と てカ ボ ボ ボ リサ <s:1> が が が が が pay attention to されて る る. In で も acidification carbon (CO2) 2 の electrolytic there yuan は, CO2 の services using に plus え て CO2 フ リ ー な material や fuel を manufacturing で き る possibility が あ る. <s:1> て ながら, れまで <e:1>, <s:1> CO2 <e:1> electrolytic reduction にお て て, tenfold な, multi-stage reverse 応が is difficult to achieve. そ こ で, ド ラ イ プ ロ セ ス を with い て new rules な composite electrode を created す る こ と に よ り CO2 か ら, useful な finished を directly electrolytic synthesis す る こ と を refers す. そ の は 応 authorities, ワ ン ス テ ッ プ で CO2 か ら, CH3OH や CH4 を generated す る の で は な く, 1 ス テ ッ プ で 2 electronic yuan also に よ り CO を generated し た after, 2 ス テ ッ プ で, 4 yuan や 6 electronic also yuan を こ し, CH3OH や CH4 な ど へ, sharper rate な electrolytic synthesis を refers す も の で あ る. More こ の よ う な ド ミ ノ Duan Jie anti 応 を since 発 に even 続 し て up こ す new rules な ナ ノ a し を construction た composite electrode を created す る. The following そ そ studies the hand sequence を shows す. 1) hold various metal の performance: イ オ ン ビ ー ム ス パ ッ タ に よ り を for Au, Cu etc. の the electrode し そ の material の ミ ク ロ structure の が CO2 and yuan features に ど の よ う な influence を and え る の か ら Ming か に す る. Youdaoplaceholder0, surface modification が, CO2 <s:1> reducing properties に <s:1> ような, the influence of ような を and える える ような する explanation する. 2) Go to 続 to counterattack 応 to 検 : CO と の combining エ ネ ル ギ ー が different な る 2 kinds の metal を ナ ノ ス ケ ー ル で group み close わ せ た electrode を イ オ ン ビ ー ム ス パ ッ タ と レ ジ ス を ト membrane with い て area ratio や space configuration を - え て cropping し and their combination せ metal の intermediate product と H + の mutual mobile form を interpret し, even 続 応 の for を Ming ら か に す る. 3) composite electrode の created new rules: レ ー ザ ー を painted device with い て, electrode material を ナ ノ ス ケ ー ル で, optimal に group み わ せ configuration し た composite electrode を created new rules し て, そ の CO2 の electrolytic yuan also features を Ming ら か に す る. Our は 2 years と し て, electrode surface modification の に え, new rules composite electrode の attempt を い, has drifted back towards &yen; disk お よ び linear の composite electrode を cropping し た.

项目成果

CO2電解還元用新規ナノ複合電極創製に向けた金属薄膜の特性把握

了解金属薄膜的特性，以创建用于二氧化碳电解还原的新型纳米复合电极

• 发表时间: 2022
• 作者: 越智洋次郎;福永明彦
• 通讯作者: 福永明彦

Modification of Au and Cu thin films to create new composite electrodes for CO2 electrochemical reduction

修饰金和铜薄膜以创建用于 CO2 电化学还原的新型复合电极

• 发表时间: 2023
• 作者: Aishan Li;Seiya Funaoka;Youjiro Ochi;Akihiko Fukunaga
• 通讯作者: Akihiko Fukunaga

CO2電解還元用新規複合電極の試作および特性評価

CO2电解还原新型复合电极的样机制作及特性评价

• 发表时间: 2023
• 作者: 船岡聖矢;李艾珊;越智洋次郎;福永明彦
• 通讯作者: 福永明彦