市大,人工光合成技術でPt-PVPの触媒機構解明

大阪市立大学の研究グループは,高分子化合物であるポリビニルピロリドンで分散させた白金微粒子が,ギ酸を分解して水素を生成する際の触媒として有効に機能するメカニズムを明らかにした(ニュースリリース)。

水素エネルギー社会とは,石油・石炭に代表される化石燃料と違い,使用時(燃焼時)に二酸化炭素を発生しない水素をエネルギー源(媒体)として活用する社会システムのこと。

しかし水素は地球上で最も軽い気体であり,エネルギー密度が低いため,例えば燃料電池車では,水素ガスを圧縮して極めて高い圧力(数百気圧)状態に保持して使用する必要がある。

また安全に輸送・貯蔵するために,水素を一旦別の分子に変換した水素エネルギー貯蔵媒体分子(エネルギーキャリアの一つ)が注目されている。研究グループは水素エネルギー貯蔵媒体分子としてこれまで研究を続けてきた人工光合成技術で二酸化炭素から作り出せるギ酸(HCOOH)に着目した。

今回の研究では,ギ酸を分解して水素を生成する際の触媒としてポリピロリドン(PVP)と呼ばれる高分子化合物を分散した粒径2nmの白金微粒子(Pt-PVP)が有効であることを見出し,Pt-PVPがどのようにしてギ酸を分解し水素を生成するかという機構を明らかにした。

具体的にはギ酸から派生するギ酸イオン(HCOO)が白金微粒子に結合した後,分解が進み,最初に二酸化炭素が生成し,続いて水素が生成する機構であることがわかった。

この白金微粒子触媒は,人工光合成研究センターと飯田グループホールディングスが共同開発中の,人工光合成技術による実現を目指す「IG パーフェクトエコハウス」で水素生成用触媒として用いる材料(ギ酸分解方法及びギ酸分解装置)。

この研究では,Pt-PVPがどのような触媒機構でギ酸を分解し水素を生成するかについて解明できた。今後,この機構を基にしてさらに水素生成効率の高い触媒開発へ繋げていく予定としている。

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