阪大,光でCO2からCOを低温で製造する触媒を開発

大阪大学の研究グループは,独自に開発した触媒を用いて,二酸化炭素(CO2)と水素(H2)を原料とし,化学工業において有用な一酸化炭素(CO)を150度以下の低温で製造することに成功した(ニュースリリース)。

CO2は地球温暖化の主たる原因物質とされており,世界規模でその排出量削減に向けた取り組みが行なわれている。一方で,CO2を還元することによって得られるCOは,有機合成におけるカルボニル原料や,アルコール,ガソリンやジェット燃料などの液体炭化水素の原料として有用な化学原料となる。

CO2をH2と反応させてCOを得る反応(逆水性ガスシフト反応)には,従来500℃以上の高温が必要とされており,平衡制約により低温では低い反応率しか得られず非効率という課題があった。

これまで研究グループでは,モリブデン酸化物に白金(Pt)ナノ粒子を担持した触媒が,含酸素化合物から酸素原子を取り除く反応(脱酸素反応)に優れた触媒となることを世界に先駆け報告している。これは,直径約2nmのPtナノ粒子をモリブデン酸化物上に高分散に固定化したもので,Ptナノ粒子はH2を,モリブデン酸化物がCO2をそれぞれ活性化する役割を担っている。

今回,この触媒をCO2の水素化反応に用いると,従来よりも低い140℃という低温でもCOが高効率かつ選択的に生成されることを発見した。さらに,触媒に光を照射すると反応速度は最大で4倍程度まで向上したという。特に,厚さ40nm程度のナノシート状のモリブデン酸化物にPtナノ粒子を固定化した触媒では,粒子状のモリブデン酸化物を用いた場合に比べて約1.5倍程度のCO生成速度が得られ,可視光を含む光照射下では1.2mmol/g/hの反応速度でCOを生成することができた。

これは,モリブデン酸化物をPtナノ粒子と組み合わせることで,①活性サイトとなる酸素欠陥の形成をうまく制御できた点,②モリブデン酸化物の色が変化し可視光吸収特性を示した点がポイントだとする。

この触媒は,調製が簡便,分離・回収の容易,廃熱を利用可能な低温(140℃付近)でも駆動する,など実用化に不可欠な基盤要素を兼ね備える。さらに,触媒に可視光を照射することで,反応速度が向上するという特長を有するという。

この技術は,クリーンな触媒技術として期待されるほか,今回発見した光照射による触媒反応の促進は,モリブデン酸化物の表面プラズモン共鳴効果に由来していることを実験的に裏付けており,学術的にも極めて意義の高いものだとしている。

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