二酸化炭素水素化による低温メタノール合成に有効な高機能触媒系の開発

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地球温暖化と化石資源の枯渇への危惧が増す中、サステナブルな炭素資源となり得るCO2を水素化して様々な化学品へ変換する研究が盛んに行われている。その中でもメタノールは化学工業の基幹品であり、多くの研究がなされてきた。CO2/H2からのメタノール合成は既に工業化されているが、Cu系触媒を用いる現行プロセスでは高温高圧(200-300C, 5-10 MPa)の厳しい反応条件が課題となっている。CO2/H2からのメタノール合成は発熱反応であり、反応速度論的に有利な高温条件下ではメタノール収率が低下する。つまりどんなに優れた触媒を用いても、メタノール収率向上のためには大量の未反応ガスのリサイクルが必要となる。このような平衡制約の観点から反応温度の低温化が望まれており、150C以下の低温域におけるCO2/H2からのメタノール合成に関する研究が近年精力的になされている。本研究では、150CにおけるCO2/H2からのメタノール合成に有効な多元系固体触媒を開発した。Operando分光や速度論解析により、各構成元素の役割を調査し、構造－機能－性能の相関関係を明確化した。また、反応雰囲気や温度の影響を計算結果に導入できる第一原理熱力学法、マイクロキネティクスモデリング等を活用することで実条件に即した理論計算も行い、触媒の高活性要因に関する知見を得た。今後は、これら知見を活かしてさらなる高活性触媒の開発を行う予定としている。