二酸化炭素還元触媒の活性サイトをナノスケールで可視化―副生成物を抑える電解合成触媒の特徴明らかに：名古屋大学/金沢大学/筑波大学
(2023年6月9日発表)
名古屋大学と金沢大学、筑波大学の共同研究グループは6月9日、二酸化炭素還元触媒の触媒活性サイトをナノスケールで可視化するとともに、触媒活性サイトにおける反応メカニズムを第一原理計算によりシミュレーションすることで、二酸化炭素の還元に必要な特徴を明らかにしたと発表した。副反応を抑えた二酸化炭素還元のための触媒開発への貢献が期待されるという。
再生可能なエネルギーを活用した電気化学的な二酸化炭素の還元は、二酸化炭素を資源として用い、アルカン、アルコール、エチレンなどの化成品を電解合成できる有力なカーボンニュートラル技術の一つ。
ただ、化成品を電解合成できる触媒反応では、水素ガスなどの副生成物が生じてしまうという問題を抱えており、その解決が課題とされている。
研究グループは今回、効率的な化成品の電解合成に向けて、副生成物を抑えられる電解合成触媒の特徴の理解に取り組んだ。
まず、ナノピペットを操作することによって触媒活性サイトの電気化学的イメージを取得できる走査型電気化学セル顕微鏡（SECCM）という顕微鏡を開発し、これを用いて触媒の幾何学構造と電気化学データを同時にマッピング計測し、両者を一対一で対応付けることに成功、電気化学イメージングを実現した。
また、量子力学の基礎方程式を用いる第一原理計算手法により触媒活性サイトにおける反応メカニズムをシミュレーションし、水素発生能力と二酸化炭素還元能力の関係、および、それらの触媒反応メカニズムを原子レベルで明らかにした。
これらにより、副生成物を抑えるために必要な電解合成触媒の特徴について理解が得られたとしており、水素発生能力の低い触媒設計の重要性が示されたという。
