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。

今年，第一年，我们首先试图阐明吡啶在PT电极上通过吡啶将CO2电化学还原为甲醇的机理，这已经据报道是现象学上的。通过同时进行电化学和光谱测量结果跟踪反应，并比较并检查了DFT计算的结果。从实验结果中，观察到在二氧化碳还原反应期间在电极表面上观察到的分子物种。进行DFT计算以吸附在PT簇上，并将获得的光谱与实验光谱进行比较时，建议吸附物质可能不是吡啶。因此，我们目前正在对实验中观察到的中间体进行分析，改变了实验和计算条件。在该实验系统中，反应分析已经变得复杂，并且建议仅使用其他有机分子进行二氧化碳反应的反应机理的讨论就很难单独进行原地测量结果。据信，当有机分子电化学从水中提取氢并在表面内或通过表面反应二氧化碳与提取的氢反应时，分子的二氧化碳还原发生。因此，使用实验和计算，还可以并行进行，从而通过实验和计算并行地进行了并行进行的有机分子，从而进一步简化了CO2的电化学还原的机制，从而进一步简化了CO2的电化学还原。在上述模拟中，在系统中添加金属会增加计算成本。当前，金属簇用作计算的电极模型，以降低成本。如果在不将所有中间体插入金属表面上的所有中间体的情况下都无法在模拟中复制所有中间体，则需要增加簇大小，因此也正在研究模拟方法本身。