水熱下における電気化学的CO2変換反応

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、通常とは異なる水熱条件下において電気化学的二酸化炭素還元反応を駆動させることで、電気化学反応における温度、圧力の影響を調べ、電気化学反応における新たな知見を提供する。独自に開発した水熱電気化学フローリアクターを用いることで、通常は従属関係にある温度と圧力の独立制御を可能にした。これまでの研究では、その前段階として、金属硫化物を触媒として用いた電気化学ではない熱水下での反応において、二酸化炭素の還元反応に対する活性パラメータの抽出を行った。実験としては、バイアル瓶に金属硫化物の分散水溶液と二酸化炭素、水素を封入し、80℃で加熱することで反応を行った。複数の金属硫化物触媒に対して同様の実験を行い、得られた活性と各金属硫化物の物性パラメータのデータセットに対して重回帰分析を行い、活性と相関の高い物性の抽出を行った。18種類の単金属硫化物を触媒として用いて反応を行ったところ、一酸化炭素やメタンが生成物として得られ、特に硫化銅や硫化コバルトを触媒として用いた際に多くの一酸化炭素の生成がみられた。さらに、これらの触媒では、同時にギ酸や酢酸も生成物として得られた。続いて、得られた18種類のデータセットに対して、生成物の変換効率を目的変数、12種類の物性パラメータを説明変数とした重回帰分析を行うことで活性に寄与するパラメータの抽出を試みた。その結果、一酸化炭素生成に関しては有意な結果は得られなかったが、ギ酸、および酢酸生成においては金属-硫黄結合長や金属-硫黄-金属角度など、構造的なパラメータが活性に大きく影響していることが明らかとなった。さらに、銅と鉄を複合化させた金属硫化物ではさらなる酢酸生成の向上が観測された。金属硫化物を触媒として用いた際に酢酸が生成することはこれまであまり報告がなく、今後水熱電気化学へと移行した際に新たな知見をもたらすと期待できる。