銅表面特異的な有機膜成長による高効率CO2還元を指向した界面構築

点击翻译按钮获取中文摘要

銅と異種金属との複合化について、Cu2Oナノキューブと硝酸銀を反応させ、Cu(II)イオンの溶出とAg(0)の構造成長を有機膜の成長の有無によって比較し、次いでCO2還元の性能を評価した。未修飾のCu2O上ではAg(0)は限られた成長点から数１００nmの大きな構造体に成長するのに対し、有機膜を成長させたCu2O上では数～数十nmのAg粒子が成長した。Ｘ線光電子分光法よりこれらの成長したAgの電子状態は異なっており、トリアゾールを含む有機膜に還元前にAg+が配位によってトラップされ、また成長したAg粒子の表面に吸着することでCu2O上にＡｇ粒子が分散した構造を形成したものと考えられる。CO2還元では、有機膜のないCu2OではAg(0)との協働効果はほとんど見られず、Ag(0)上からのCO発生がやや増加した。Agとの複合化の前に有機膜修飾を行うことで、COの増加は見られない代わりに、メタン発生が増加しており、AgからCuのCOのスピルオーバーと後続のメタンまでの還元が示唆される。また、ベースとなる銅触媒について、これまでのCu2Oに加えて、Cu(0)ナノワイヤーへの有機膜修飾を行った。既報に従い合成した直径約30 nmのCu(0)ナノワイヤー状でのCuAACによる膜成長を検討したところ、Cu2Oナノキューブよりも厚みがあるが密度の低い膜成長を行うことが分かった。Cu(0)表面にわずかに存在するCu(I)種がCuAACを触媒したと考えられるが、Cu2Oナノキューブのように結晶格子内にCu(I)が強固に固定されずにCuAACが進行することが膜成長の違いにつながったと考えられる。Cu(0)ワイヤーの有機修飾による効果は(1)水素発生の抑制(2)メタン発生の増加となって表れた。また還元後の電子顕微鏡像から、膜内にワイヤー状のCu(0)が保持されていることも明らかになった。