単一原子触媒から成るカスケード型高速CO2電解還元系の創製

创建由单原子催化剂组成的级联式高速CO2电解还原系统

基本信息

批准号：
22KJ2091
负责人：
加藤慎太郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

カーボンニュートラルの実現を目指す中で、CO2の電解還元は次世代のクリーンな燃料・化学原料の製造法として大きな注目を集めている。CO(一酸化炭素)よりもさらに還元が進んだエチレンやエタノールといったC2化合物は化学工業の基幹原料として特に重要であり、それらを高速・高選択的に生成できれば、CO2電解の社会実装に加速的に進むと期待される。そのような背景のもと、本研究課題ではC2化合物生成に高活性・高選択な電極触媒の創製に加え、その触媒能を最大限に引き出すことができる電極・電解セル開発を目指す。本年度は触媒能を最大限に引き出すことができる電極・電解セル開発を目的に、電解質の厚みを極限にまで薄くした固体高分子型CO2電解系においてアノード電解液由来のアルカリカチオン種がカソード側でのCO2還元反応に及ぼす影響の定量的評価を試みた。その結果、固体高分子膜をクロスオーバーしたアルカリカチオン種はCO2電解活性に正と負の両方の影響を及ぼすことを示唆した結果が得られた。アノード電解液に超純水を用いた場合にはC2化合物生成はほぼ確認されなかったことから、アノード電解液由来のアルカリカチオンがカソード側でのC2化合物生成における重要な要素であることが示唆された。また、アノード側からカソード側に輸送されるアルカリカチオン量の制御によりC2化合物生成の電解耐久性は大幅に向上した。これらの結果は、固体高分子型CO2電解において、アルカリカチオン種、および輸送量の適切な制御が重要であることを意味しており、高活性・高耐久性を発現可能にする必要条件の１つが明らかになったという点において非常に価値がある。

为了达到碳中立性，二氧化碳的电解减少吸引了很多关注，作为下一代清洁燃料和化学原料的制造方法。 C2化合物（例如乙醇和乙醇）比CO（一氧化碳）降低的乙醇尤其重要，作为化学工业的核心原材料，并且如果可以高速和高度选择性地生产它们，则可以预计CO2电解的社会实施将加速加速。在这种背景下，该研究主题旨在开发对C2化合物高度活跃且高度选择性的电极催化剂，并开发电极和电解细胞，可以最大程度地提高其催化能力。在今年，我们试图定量评估源自阳极电解质的碱性阳离子物种对固体聚合物型二氧化碳型电解质系统中阴极侧的二氧化碳还原反应的影响，其电解质厚度非常薄。结果表明，碱性聚合物膜交叉的碱性阳离子物种对CO2电解活性具有正面和负面影响。当将超纯水用作阳极电解质时，几乎没有确认C2化合物的形成，这表明源自阳极电解质的碱性阳离子是阴极侧C2化合物形成的重要因素。此外，通过控制从阳极侧传输到阴极侧的碱性阳离子的量，可以极大地提高C2化合物形成的电解耐用性。这些结果表明，适当控制碱阳离子物种和运输量在固体聚合物CO2电解中很重要，并且具有很大的价值，因为它揭示了能够实现高活性和耐用性的必要条件之一。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

金属担持有機構造体による選択的なCO2の高速電解還元

使用金属支持的有机框架选择性快速电解还原二氧化碳

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
加藤慎太郎;橋本啄哉;原田隆史;中西周次;神谷和秀
通讯作者：
神谷和秀

Development of artificial carbonic anhydrases for the application to CO2 electrolysis

开发用于二氧化碳电解的人工碳酸酐酶

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
高城拓也;秋山了太;長谷川修司;Miyata Yasumitsu;川脇徳久;Hiroki Yamamoto,Shintaro Kato,Takashi Harada,Shuji Nakanishi,Kazuhide Kamiya
通讯作者：
Hiroki Yamamoto,Shintaro Kato,Takashi Harada,Shuji Nakanishi,Kazuhide Kamiya

Aqueous Electrochemical Partial Oxidation of Gaseous Hydrocarbons by Ru-Modified Covalent Triazine Frameworks

Ru-修饰的共价三嗪框架对气态烃的水相电化学部分氧化