二酸化炭素の高選択的還元を実現する新規光触媒サイクルの開発

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本研究では二酸化炭素資源化における「光触媒サイクル」すなわち，（a）光触媒上の酸化銀に二酸化炭素を含む気体を流通させることで炭酸銀を形成させ，（b）光触媒反応により炭酸銀を酸化分解させて一酸化炭素と酸素を生成させ，さらに，（c）生じた金属銀を空気中の酸素で熱反応（あるいは光反応，光触媒反応）によって酸化銀に再生させるプロセスの有効性を実証することにより，真に実用化可能な化学プロセスとしての二酸化炭素の資源化法を開発することが目的である．本年度はまず，酸化チタンなどの金属酸化物光触媒上に光析出法ならびに化学還元法により銀助触媒を析出させた光触媒を調製し，一般的な二酸化炭素還元反応系において問題なく反応活性を示すことを確認した．銀助触媒の担持状態を透過型電子顕微鏡で確認したところ，約10 nmの銀粒子が均一に担持されていることがわかった．また，銀の電荷状態をX線光電子分光法により確認したところ，光析出法で担持した場合には1価の銀であることがわかった．しかし，光触媒反応前後において銀のピークが激減したことから担持状態の改善が必要であることが判明した．調製した銀担持光触媒を用い，二酸化炭素還元反応の光強度依存性をしらべたところ，例えば一酸化炭素生成は一次，水素生成は0.5次と生成物によって反応次数が異なることがわかった．これは光強度によって生成物の選択性を変えることができるという，これまでにない新しい知見である．また，反応セルに関し，容積をできるだけ小さくしたガラス製および金属製の反応セルの作製および光学系の選定および導入・構築を行い，気相の二酸化炭素還元反応を行ったところ，光照射により試料の色が紫色に変化し，酸化銀ができたことがうかがえたものの，生成ガスは二酸化炭素と酸素のみであり，残留する水が酸化されている可能性が高いため，次年度では系の脱水等を試みる．