CO_2-メタノール物理吸収-光電気化学的還元ハイブリッドシステムの開発

CO_2-甲醇物理吸收-光电化学还原混合系统的研制

• 批准号: 12750729
• 负责人: 金子 聡
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750729/
• 关键词: CO_2; メタノール; 物理吸収液; 光電気化学的還元; 電気化学的還元; 一酸化炭素; ギ酸; 地球温暖化; 炭酸ガス; エネルギー

近年、大気中の二酸化炭素濃度(CO2)の増加に伴い、地球温暖化が懸念されてきている。したがって、CO2の変換技術の開発が急務であり、電気化学的手法、特に太陽エネルギーを直接利用できる可能性のあるp型半導体電極を用いた光電気化学的が極めて有望な方法の一つとなっている。p型半導体電極を用いたCO2の光電気化学的還元は、これまで水溶液中でほとんど行われてきており、CO2の分離回収法で物理吸収液として用いられているメタノール溶媒中では行われていない。メタノールを用いたCO2の分離回収プロセスはRectisol法と呼ばれ、これまで70基以上の工業プラントの実績があるため、このRectisolプロセスと光電気化学的還元プロセスを組み合わせることができれば、実用化に向けて大きく前進すると思われる。このような背景から、本研究では各種p型半導体電極を用いたメタノール溶媒中のCO2の光電気化学的還元を行った。さらに、半導体電極表面に金属を修飾し、還元効率の向上を図った。光電気化学的還元には、アノード室とカソード室をイオン交換膜で仕切ったパイレックスガラス製H型セルを用いた。作用電極にはp-Si、p-GaAs、p-InPを用いた。対極にはPtを、参照電極にはKCl飽和Ag/AgCl電極を使用した。主な還元生成物は、COとギ酸が得られた。CO生成の順序はp-InP>p-GaAs>p-Siであり、ギ酸生成の順序はp-Si>p-GaAs>p-InPであった。メタノール溶媒中では、p-InPが最もCO2の還元に有効でありで、最適条件下でCO2の総還元効率は55.6%に達し、水素生成は23.4%まで抑制された。生成物選択性や還元効率の向上を目的とし、p-InP表面に金属(Ag、Au、Cu、Ni、Pb、Pd)を担持し、CO2の光電気化学的還元への効果を調べた。金属を担持したp-InP電極では、電気化学的還元おける担持金属の電極触媒特性と類似していた。電気化学的還元で炭化水素類を生成するCu電極は、一酸化炭素が主生成物となり炭化水素類は生成しなかった。Ag、Au、Pdでは一酸化炭素が主生成物となり、特にAgは一酸化炭素の電流効率が80.4%まで向上した。Pbを担持すると、ギ酸の電流効率が向上した。Niを担持すると、担持した他の金属では得られなかった炭化水素類が微量ながら生成した。

In recent years, the concentration of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere has increased, and the warming of the earth has become a concern. The development of CO2 conversion technology is urgent. The electrochemical method and the direct utilization of special solar cells are possible. The p-type semiconductor electrode is used in the electrochemical method. p-type semiconductor electrode is used in the photoelectrochemical reduction of CO2 in aqueous solution, and the separation and recovery of CO2 in physical absorption solution. The separation and recycling of CO2 from Rectisol method and its application to industrial applications with more than 70 bases have been studied. In this paper, we study the photoelectrochemical reduction of CO2 in various p-type semiconductor electrodes. In addition, the semiconductor electrode surface is decorated with metal, and the return efficiency is improved. Photoelectrochemical conversion, conversion The active electrode is p-Si, p-GaAs, p-InP. Pt/AgCl saturation electrode The main source of production is CO and acid. The order of CO formation is p-InP>p-GaAs>p-Si, and the order of CO formation is p-Si>p-GaAs>p-InP. In all solvents, p-InP has the highest CO2 reduction efficiency. Under the optimum conditions, the CO2 reduction efficiency reaches 55.6%, and the water production is suppressed by 23.4%. The selectivity of the product and the effect of the photoelectrochemical reduction of CO2 on the support of metals (Ag, Au, Cu, Ni, Pb, Pd) on the surface of p-InP The metal-supported p-InP electrode has similar electrochemical and catalytic properties. Electrochemistry is the main product of carbonization of carbon. Ag, Au and Pd are the main products of acidified carbon. The current efficiency of Ag acidified carbon is 80.4%. The current efficiency of Pb ~(2 +) and Pb ~(2 +) is higher than that of Pb ~(2 +). Ni supports other metals, and carbon atoms are produced in trace amounts.

项目成果

S.Kaneco, S.Suzuki, S.Itoh, T.Suzuki, K.Ohta: "Sonoelectrochemical Reduction of CO2 on Cu in CsOH/Methanol-based Electrolyte"Rec.Res.Devel.in Electroanal.Chem.. 3. 1-6 (2001)

S.Kaneco、S.Suzuki、S.Itoh、T.Suzuki、K.Ohta：“CsOH/甲醇基电解质中 Cu 上 CO2 的声电化学还原”Rec.Res.Devel.in Electroanal.Chem.. 3. 1

S.Kaneco,S.Suzuki,S.Itoh,T.Suzuki and K.Ohta: "Voltammetry of Carbon Dioxide at Copper Electrode in Methanol in the Presence of Ultrasonic Waves."ITE Letters Batteries, New Technologies & Medicine. 1(1). 147-150 (2000)

S.Kaneco、S.Suzuki、S.Itoh、T.Suzuki 和 K.Ohta：“超声波存在下，甲醇中铜电极上二氧化碳的伏安法。”ITE Letters 电池，新技术

S.Kaneco,K.Iiba,K.Ohta and T.Mizuno: "Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Petrochemical Intermediates."Energy Sources. 22. 127-135 (2000)

S.Kaneco、K.Iiba、K.Ohta 和 T.Mizuno：“二氧化碳电化学还原为石化中间体。”能源。

S.Kaneco, H.Hiei, S.Itoh, T.Suzuki, K.Ohta: "Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide using Aqueous LiClO_4 Solution at Less Than 273"ITE Lett.Batt.New Technol.Med.. 2(1). 83-87 (2001)

S.Kaneco、H.Hiei、S.Itoh、T.Suzuki、K.Ohta：“在低于 273 ℃下使用 LiClO_4 水溶液电化学还原二氧化碳”ITE Lett.Batt.New Technol.Med.. 2(1)

S.Kaneco, R.Iwao, H.Katsumata, T.Suzuki, K.Ohta: "Electrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide on Zinc in KOH/Methanol-Based Electrolyte"ITE Lett.Batt.New Technol.Med.. 2(5). 640-644 (2001)

S.Kaneco、R.Iwao、H.Katsumata、T.Suzuki、K.Ohta：“KOH/甲醇电解质中锌上二氧化碳的电催化还原”ITE Lett.Batt.New Technol.Med.. 2(5