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Understanding and controls of reaction intermediates in electrochemical carbon dioxide reduction and development of gaseous flow type electrolytic synthesis cell

电化学二氧化碳还原反应中间体的认识和控制及气流式电解合成池的开发

基本信息

批准号：
21H02037
负责人：
伊藤良一
金额：
$ 11.07万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2050年の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由来の電力を用いて電気化学的に二酸化炭素を還元し、メタン、メタノール、ギ酸などの有用な化成品やe-fuel（合成燃料）を製造する化学的固定化技術の開発が急務となっている。二酸化炭素の電気化学的還元による化成品電解合成プロセスの中で、化成品の選択合成を邪魔する代表的な副反応の一つである水素分子発生反応があり、ファラデー効率とエネルギー利用効率を著しく下げる副反応として問題視されている。これは、電気化学的に還元された二酸化炭素が触媒表面を占有しているのではなく、多くの水素が触媒表面に存在していることを意味している。本研究の２年目は、水素分子発生に関する副反応メカニズムを検証するために、水素分子発生能力が低いつまり触媒表面に水素吸着しないような触媒（二硫化錫カルコゲナイド）と水素を吸着しやすく水素分子発生が得意な触媒（二硫化モリブデンカルコゲナイド）を比較することで、触媒が持つ水素分子発生能力が電気化学的二酸化炭素還元に与える影響およびその触媒反応メカニズムの理解に重点を置いた。３極式電気化学測定、走行型電気化学セル顕微鏡測定および第一原理計算結果から、二硫化錫カルコゲナイドは、エッジに触媒活性点が集中している二硫化モリブデンカルコゲナイドとは異なり、触媒表面全体を有効に使っていることが分かった。また、二硫化モリブデンカルコゲナイドのように水素分子発生能力が強すぎると水素分子発生が優先的に起こり、電気化学的二酸化炭素還元は選択的に起こらないことを実験的に明確にした。以上から、水素分子発生能力が低い触媒設計が電気化学的二酸化炭素還元における代表的な副反応の一つである水素分子発生を抑える鍵であることを実験的また理論的に実証することができた。

The development of chemical immobilization technology for the production of useful chemical products and e-fuel (synthetic fuel) is urgent. The electrochemistry of diacidified carbon is characterized by its electrochemical reduction, electrolytic synthesis, and selective synthesis. The surface of the catalyst is occupied by a large amount of water, which means that the catalyst surface is occupied by a large amount of water. In the past two years, this study has demonstrated that the ability of water molecule production is low, and the surface of catalyst is adsorbed by water.(Tin disulfide) and water adsorption, water molecular generation and catalyst (tin disulfide) are compared, and the catalyst's ability to maintain water molecular generation, electrochemical diacidification of carbon reduction and the impact of catalyst reaction are emphasized. 3-pole electrochemistry measurement, traveling electrochemistry micro-mirror measurement and first principle calculation results, tin disulfide catalyst active sites are concentrated, tin disulfide catalyst active sites are concentrated, catalyst surface is completely different, and catalyst surface is completely different. The ability to generate water molecules is strong, and the priority of water molecule generation is clear. The above-mentioned catalyst design is based on the theory of electrochemical diacidification of carbon reduction, which is supported by the theory of water molecular generation.

项目成果

期刊论文数量（50）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

3次元構造を持つグラフェンによる応用研究の拡大

利用具有三维结构的石墨烯扩大应用研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Zhang Shiwei;Nishi Naoya;Katakura Seiji;Sakka Tetsuo;曹子陽，林遼一郎，相馬拓人，大友明;伊藤良一
通讯作者：
伊藤良一

二酸化炭素有効利用技術: DACから物質合成、産業利用まで　第2章第1節「スズとグラフェンの界面を活用したギ酸の合成プロセス」

二氧化碳有效利用技术：从DAC到材料合成及工业应用第二章第一节“利用锡与石墨烯界面合成甲酸工艺”

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
伊藤良一;辻口拓也;河邉佑典;大戸達彦;高橋康史
通讯作者：
高橋康史

Corrosion-resistant non-noble metal electrodes for PEM-type water electrolyzer

DOI：
10.1016/j.ijhydene.2021.09.116
发表时间：
2021-10
期刊：
International Journal of Hydrogen Energy
影响因子：
7.2
作者：
A. A. Tajuddin-A.;G. Elumalai;Zeyu Xi;Kailong Hu;Samuel Jeong;K. Nagasawa;J. Fujita;Y. Sone;Yoshikazu Ito
通讯作者：
A. A. Tajuddin-A.;G. Elumalai;Zeyu Xi;Kailong Hu;Samuel Jeong;K. Nagasawa;J. Fujita;Y. Sone;Yoshikazu Ito

2D MoS2 Heterostructures on Epitaxial and Self‐Standing Graphene for Energy Storage: From Growth Mechanism to Application

DOI：
10.1002/admt.202100963
发表时间：
2021-10
期刊：
Advanced Materials Technologies
影响因子：
6.8
作者：
Negar Zebardastan;J. Bradford;B. Gupta;J. Lipton‐Duffin;J. Macleod;H. Pham;D. Dubal;K. Ostrikov-K.-Ostrik
通讯作者：
Negar Zebardastan;J. Bradford;B. Gupta;J. Lipton‐Duffin;J. Macleod;H. Pham;D. Dubal;K. Ostrikov-K.-Ostrik

グラフェンで被膜した卑金属によるPEM水電解槽用電極の開発

使用石墨烯涂层贱金属开发质子交换膜水电解槽电极