Carbon dioxide reduction reaction catalyzed by molecules adsorbed on electrodes

电极吸附分子催化二氧化碳还原反应

• 批准号: 22K05057
• 负责人: 内田 太郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University of Health and Welfare
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05057/
• 关键词: 表面増強赤外分光; 電気化学的還元; 二酸化炭素; 電極触媒; DFT計算

初年度である本年度は、手始めに既に現象論が報告されているピリジンによるPt電極でのCO2のメタノールへの電気化学的還元反応のメカニズム解明を試みた。電気化学測定と分光測定の同時測定による反応の追跡を行ない、その結果ならびにDFT計算の結果とを比較検討を行った。実験結果から、CO2還元反応中では、ピリジン、CO、もしくは水素原子と観測される分子種が電極表面で観測された。これらをそれぞれPtクラスター上に吸着させたもののDFT計算を行い、得られたスペクトルと実験で得られたスペクトル比較したところ、吸着物質がピリジンではない可能性が示唆された。そこで、現在、実験条件および計算条件を変えながら、まずは実験で観測された中間体の解析を行なっている。本実験系でもすでに反応解析が複雑であり、他の有機分子を用いたCO2還元反応の反応機構の議論はその場測定の結果のみでは進めることが難しいことが示唆された。分子によるCO2の還元は、有機分子が電気化学的に水から水素を引き抜き、引き抜いた水素を分子内もしくは表面を介してCO2と反応させることにより生じると考えられる。そこで、CO2の電気化学的還元をより単純化させた、有機分子による水からの電気化学的な水素原子の引き抜き過程の促進機構についても実験・計算を併用して解析を並行して行なっている。上記のシミュレーションでは、系内に金属を入れると計算コストが増加する。現在はコストを抑えるために金属クラスターを電極モデルとして計算に用いている。金属表面に全ての中間体を入れないとシミュレーションで実験結果を再現できない場合、クラスターサイズを大きくしないといけなくなるため、シミュレーションの方法自体についての検討も行なっている。

In the beginning of this year, the phenomenon of Pt electrode was reported, and the electrochemical reaction of Pt electrode was investigated. The results of electrochemical measurements and spectroscopic measurements were compared. As a result, CO2 is returned to the surface of the electrode and the molecular species are detected. The DFT calculation of the adsorbed substance is carried out in the same way as that of the adsorbed substance. The analysis of intermediates was carried out under different conditions. This paper presents the results of field measurements of CO2-containing organic molecules and their application in reaction analysis. Molecules and organic molecules are electrically and chemically related to water, and water and organic molecules are related to water and organic molecules. In addition, the reduction of CO2 and its electrochemistry can be purified, and the organic molecules can be purified by water and its electrochemistry can be purified by water and its electrochemistry. Note that the metal in the system has been added to the calculation. Now, the metal electrode is used for calculation. The intermediate of the metal surface is introduced into the solution, and the result is reproduced in the case where the intermediate is introduced into the solution.