広島大ら,有機膜被覆ナノキューブでCO2選択還元

著者: sugi

広島大学と韓国成均館大学は,酸化銅(Cu2O)ナノキューブを厚み数ナノメートルの有機レイヤーで均一に被覆することに成功した(ニュースリリース)。

金属銅は金属の中で唯一CO2を炭化水素やアルコールに変換できる還元電極として知られており,二酸化炭素をメタンやエチレンに変換できるため注目を集めてきた。

一方で,日常的に目にする多結晶銅や銅の主要な結晶面からは,一酸化炭素,ギ酸を含む様々な程度に還元された含炭素生成物の混合物が生じる。また,水の還元による水素発生が競合するため効率が低下すること,過電圧が大きいこと,不純物に弱くCO2還元活性が容易に失活することなどが実用化の障害になっていた。

2000年代以降,特にCu2Oなど銅化合物によるナノ構造体を前駆体とした,エチレン発生を高効率・高選択的に行なえる触媒が開発されてきた。一方で,これらの触媒で選択性・効率が高まる理由は議論がされており,CO2還元の進行とともに銅が次第にその形状と,酸化数(主に Cu(I)と Cu(0))を動的に変えていく結果,活性を変化させ,高活性を発現するものや失活するものができるという点が明らかになってきた。

研究グループは,Cu2O表面自身が持つ有機物の結合生成反応(Copper-catalysed azide–alkyne cycloaddition,CuAAC)を表面での有機モノマーの連結に用いることで,有機物レイヤーを表面に成長させた。

この方法を用いて100nmのCu2Oキューブを有機モノマー溶液中で反応させたところ,キューブ表面に対して平らに数nmの有機膜が成長していることが分かった。またレイヤーの成長に伴い,Cu2O表面の疎水性が向上した。これらの有機レイヤーを修飾したCu2Oを炭素電極上でのCO2還元に用いると,水素発生が大幅に抑制され,高い効率でメタンが発生することが分かった。

有機レイヤーの作成の際に,Cu2O表面のもつ触媒活性を利用して有機物を連結することで,Cu2O表面に対して厚みの揃った有機レイヤーを作成することができる。このように薄く空隙の多い有機レイヤーを作成することで,レイヤーを介して分子の輸送や電子移動を行なうことが可能になる。

有機レイヤーで包んだナノキューブ触媒は,使用後も元の外形を保っていたことから,研究グループは,今後触媒の耐久性や活性表面積に対する優位性が期待できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 阪大,金属3Dプリンタで金属製自己触媒反応器を開発

    大阪大学の研究グループは,レーザー金属3Dプリンティング技術と表面改質処理を組み合わせることで,二酸化炭素を都市ガスの主成分であるメタンに変換できる金属製自己触媒反応器の開発に成功した(ニュースリリース)。 CO2のメタ…

    2025.04.16
  • 豊田中研,CO2から炭素数3の化合物を合成する触媒

    豊田中央研究所は,二酸化炭素(CO2)から炭素原子3つで構成されるアルコールであるプロパノール(C3H7OH)を合成する新たな分子触媒を開発した(ニュースリリース)。 CO2を電気化学的に還元して有用物質に変換する「CO…

    2024.09.13
  • 千葉大ら,可視光アンテナ配位子でサマリウムを還元

    千葉大学の研究グループは,希土類元素(レアアース)であるサマリウムを還元するため,青色の可視光を効率的に吸収する可視光アンテナを組み込んだ「可視光アンテナ配位子」を開発した(ニュースリリース)。 サマリウムは,有機合成化…

    2024.07.30
  • 名大ら,ナノ多孔体に貴金属原子を均一に孤立分散

    名大ら,ナノ多孔体に貴金属原子を均一に孤立分散

    名古屋大学,早稲田大学,豪クイーンズランド大学は,アモルファス(非晶質)の金属骨格からなるナノ多孔体を支持体として用いて,貴金属原子を均一に孤立分散させる方法を提案した(ニュースリリース)。 原子レベルで分散された金属は…

    2024.06.25
  • 千葉大ら,光で触媒の化学反応の場を間接的に観察

    千葉大学と青山学院大学は,「ランタノイド」を用いた触媒により,医薬品の開発に重要な複雑な構造を持つ化合物を1工程で高精度に合成することに成功した(ニュースリリース)。 化合物群「カルバゾール」は,多くの生物活性を持つため…

    2024.06.25
  • JASRIら,X線小角散乱法で触媒の白金粒子だけ可視化

    JASRIら,X線小角散乱法で触媒の白金粒子だけ可視化

    高輝度光科学研究センターと技術研究組合FC-Cubicは,X線小角散乱法を用いて,燃料電池等に用いられる触媒中の白金粒子だけを可視化し,その粒径などを正確に計測する技術を開発した(ニュースリリース)。 燃料電池において,…

    2024.02.26
  • 京大,白金単原子触媒を担体表面/内部に選択的担持

    京都大学の研究グループは,白金単原子触媒を担体表面/内部に選択的に担持する方法の開発に成功した(ニュースリリース)。 貴金属触媒粒子を極限まで小さくした単原子触媒は次世代の触媒として期待されているが,その土台となる担体と…

    2023.07.20
  • 阪大,AMでCO2をCH4に100%変換する触媒開発

    大阪大学の研究グループは,温室効果ガスの二酸化炭素(CO2)を有用なメタン(CH4)にほぼ100%の選択性で変換できる金属製自己触媒反応器の作製に,レーザー金属3Dプリンティング(AM)技術と電気化学的表面処理を組み合わ…

    2023.06.26

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア