パルス電位印可によるCu触媒電極のCO2電解還元における反応機構の実験的解明

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パルスで電位印加する際に気を付ける点は、電位を設定電位まで一瞬で操作することによる非ファラデー電流の存在である。非ファラデー電流はファラデー効率の算出には加えないことが理想であるが、非ファラデー電流とファラデー電流の区別をすることができない。また、電位のパルス印加から自然電位に戻す際に酸化電流が流れるが、その電流が非ファラデー電流だけ確証はなく、酸化電流が流れた際には、触媒電極が変化する可能性がある。そこで酸化電流が流れないようにパルスを電位制御と電流制御とで比較することを試みた。電流制御の場合、自然電位まで電位が戻ることはないが、酸化電流が流れないように制御することが可能となる。目的の電位まで到達した際に流れる電流を測定し、同じ条件になるように、同じ条件になるように電位制御と電流制御で比較を行った。電位制御と電流制御ではCO2電解還元の生成物選択性が異なることが明らかとなった。制御機構は異なるが、結果として同じ電流が流れるように制御できているにも関わらず、CO2電解還元の生成物選択性が異なる理由は、ＩＲドロップの影響が大きいためであると考えられる。電位制御の際は、設定電位にまで印加電位を急激に変化させるが、電流制御は目的に電流が流れるまで電位を操作することになる。そのため、同じ大きさの電流が流れていても到達した電位が異なる状態が生じる。その結果、電流制御で行った場合は、反応電子のほとんどがCO2電解還元よりも小さなエネルギーで生じる水素発生の消費されてしまい、CO2電解還元反応が進まない状況が生まれてしまう。これらの結果を踏まえ、酸化電流が流れない電位でパルス電位印加を行うことが重要である。