気液界面プラズマによる高効率炭素固定プロセスの開発と応用

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二酸化炭素の削減・固定化に向けて、さまざまな技術開発の必要性が高まっている。本研究の目的は、高エネルギー効率で二酸化炭素を物質変換できる革新的プラズマ反応場を開発することである。我々は、独自に開発した水中密閉型誘電体バリア放電を活用することによって、二酸化炭素から消毒・殺菌に有用な物質への変換が可能であることを見出しており、この知見を出発点にして研究を進めた。水中密閉型誘電体バリア放電方式では、大気圧プラズマでは避けがたい空気由来の硝酸の生成を抑制し、過酸化水素の生成が支配的となる反応場を実現することが可能であり、そのように最適化した反応場において、二酸化炭素の有機過酸化物への物質変換に適した反応条件の検討を進めた。また、水中密閉型誘電体バリア放電方式の改良に加えて、気相反応と液相反応を分離して反応解析を行うためのメッシュ型電極放電方式、さらには、液相反応を高効率に進行させるためのワイヤー・イン・ノズル水中放電方式など新たな電極構造の開発と改良も進めた。それぞれの様式の放電について、気液界面プラズマ反応の生成物に対する振動分光分析による検出・同定を進め、二酸化炭素と水との反応により新たに生成した有機化合物の構造解析に取り組んだ。二酸化炭素と水から成る反応場に加えて、空気（窒素）と水から成る反応場についても実験を進め、アンモニアの合成に適したプロセス条件の探索も進めた。さらに、本研究において気液界面プラズマ反応装置のために開発した大気圧プラズマ源は、高機能薄膜の表面改質への応用にも好適であることから、大気圧プラズマ処理を施すのに適した薄膜試料の作製と構造・物性評価も合わせて行った。