オペランド分光測定による二酸化炭素の電気化学還元反応機構の解明

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本研究課題では電極触媒表面で起こる反応を赤外反射吸収分光法および硬X線光電子分光法を用いてオペランド観測を行う。得られた実験的知見に基づいて、固―液界面における電気化学反応の反応機構解明を目指す。モデル電気化学反応系として二酸化炭素の電気化学的還元を扱う。二酸化炭素分子は安定であり反応活性化エネルギーが高いため、電気エネルギーなどの外部エネルギーを導入することにより低温で効率的に反応を進行させることができると期待される。本研究では固―液界面における電極触媒反応のオペランド分光測定環境を構築して、電極表面での二酸化炭素分子の還元反応過程の詳細を明らかにすることを目的とする。本年度は、動作中の電極表面のオペランド測定を可能にするため、液体電解質-電極界面をその場観測できる光電子分光システムを立ちあげた。テスト測定として、硫酸銅水溶液を電解質溶液として用いて、銅の電解析出反応のその場分光測定を実施した。作用電極に印加した状態で測定を行うことで、銅が電極表面に析出する初期過程の光電子分光測定に成功した。並行して、偏光変調赤外反射吸収分光法を用いて二酸化炭素分子が銅電極表面においてどのように反応するのかを調べた。清浄化した銅表面に二酸化炭素を導入したところ、表面上にはカーボネート（CO3）が生成することが明らかとなった。さらに、二酸化炭素に加えて水素も同時に導入したところ、二酸化炭素の水素化が起こり表面上にフォルメート（HCOO）が生成することも明らかとなった。