スズとグラフェンの界面を利用した二酸化炭素を高効率に還元する新しい触媒を開発の補足

プレスリリース「スズとグラフェンの界面を利用した二酸化炭素を高効率に還元する新しい触媒を開発」では書ききれなかった細かい技術的点を掲載しておきます。我々のグループは基礎研究を目的としていて、成果の共有が大切を思っています。我々の成果をご自身の研究にフィードバックするときは以下の点をご一考ください。
朝日新聞「CO2を燃料電池材料に　新技術を開発、金沢大など」にも掲載されていた内容の補足にもなります。

①触媒とCO2吸着担体と物理的にぐるぐる攪拌した程度では効果が出ません
錫ナノ粒子と酸化グラフェンフレークをアルゴン雰囲気下でシンタリングして作製しています。別々に用意した錫ナノ粒子と酸化還元グラフェンフレークを物理的に混ぜてシンタリングした試料と比較したところ、物理的に混ぜた触媒は性能が出ませんでした。物理的に混ぜているため、ナノ粒子が担体にがっちりとくっついていないことが原因である可能性が高いと思われます。担体からCO2分子が移動してくるには触媒がしっかりと担体に固定されている必要があります。

②担体として酸化還元グラフェンはお勧めしません
今回の論文はメカニズムの実証を目的とし、実験室規模で「作りやすさ」と「測定しやすさ」を重視した組み合わせです。いろいろ検討した結果、酸化還元グラフェンは電解合成に耐え切れず、自身を分解していくことがわかりました。分解した物質は不純物となり、ギ酸の純度やファラデー効率を下げました。化学的に安定な担体の探索が必要です。高温で駆動させることを考えると耐熱性も必要となります。検証していませんがCO2吸着力が強く電気さえ通れば有機物である必要性はないと考えています。

③ギ酸、メタノールなどの定量評価は核磁気共鳴（NMR）法で　（研究者向け）
NMRとガスクロマトグラフィー（GC）法ではNMRのほうが精確よいとされ、アメリカ系やヨーロッパ系学会ではNMRが推奨されているようです

④3極式測定をする場合、対極は金電極　（研究者向け）
白金電極が一般的に対極として使用されていますが、白金は溶出するので適切でないと判断される場合が多くなってきました。また、グラファイト棒を代替として使う場合もありますが、グラファイトにギ酸が吸収されてファラデー効率が下がりました。金電極が今のところ適切とされています。


伊藤良一

ゼロエミッションに向けた二酸化炭素を電解還元する触媒の論文

金沢大学と大阪大学との共同研究で二酸化炭素を電気化学的に還元する触媒を開発し、その触媒メカニズムの解明を行った論文を発表しました。今回の論文は、二酸化炭素を電気化学的に還元してギ酸を合成するプロセスによく使われる錫触媒に注目しました。錫触媒は自身の触媒性能を向上させるために微粒子化したり銅などと合金化する研究が多く行われています。本研究では触媒そのものではなく触媒を乗せる担体に着目しました。担体は二酸化炭素を吸着しやすいものを選択し、担体から触媒表面へ連続的に二酸化炭素を供給し続けたときの触媒メカニズムがどうなるかの検討を行いました。また、その触媒メカニズムを走行型電気化学顕微鏡を用いて直接明らかにしました。2050年のゼロエミッションに向けて二酸化炭素の排出量削減手法が様々に検討されていますが、本研究は従来の触媒に担体を導入することで触媒反応効率を向上させられる基礎的な知見を見つけた画期的な成果と言えます。

プレスリリース
スズとグラフェンの界面を利用した二酸化炭素を高効率に還元する新しい触媒を開発～二酸化炭素からの化成品合成技術の加速へ～

論文
Acceleration of Electrochemical CO2 Reduction to Formate at the Sn/Reduced Graphene Oxide Interface


伊藤良一