電極近傍のその場分光計測に基づくCO2還元に適した溶融塩浴の設計

基于电极附近原位光谱测量设计适合 CO2 还原的熔盐浴

基本信息

批准号：
22K14700
负责人：
鈴木祐太
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、二酸化炭素の資源化プロセスの一つとして、高温溶融塩中での電気化学反応を利用して二酸化炭素から機能性炭素材料および酸素を合成するプロセスの構築に必要な基礎的な物理化学的知見を得ることを目的としている。本提案プロセスを実現するために必要な電解システムの設計を行う上で、溶融塩中での二酸化炭素の溶解・還元挙動を明らかにする必要があるが、これまでの研究では電気化学的な計測に基づく情報のみが得られており、これら挙動を直接的に観察できていない。そこで、本研究では分光学的手法および計算化学的手法を組み合わせた測定法により高温溶融塩中での二酸化炭素の溶解・還元挙動をその場計測する。令和4年度では、高温溶融塩中での二酸化炭素の溶解挙動を明らかにすることを目的に、二酸化炭素が溶解した溶融塩のその場ラマン分光計測を行い、得られたラマンスペクトルを密度汎関数理論に基づくコンピューターシミュレーションにより解析した。反応媒体となる溶融塩は、基礎的な熱力学データの豊富さおよび資源量の豊富さの観点からLiCl、NaCl、CaCl2を含む混合塩を用いた。溶融塩化物中に二酸化炭素の溶解を促すことを目的として金属酸化物を添加した混合塩中でのラマン分光分析結果より、二酸化炭素導入後では新たなラマンバンドが検出され、密度汎関数計算によってカチオン種が配位した炭酸塩の状態で溶解していることが明かとなった。さらに、種々の溶融塩組成に対して同様の測定を行った結果から特にカルシウムイオンと二酸化炭素との相互作用が強い傾向が得られた。以上の通り、本年度の研究から得られた、溶融塩の構成元素と二酸化炭素との相互作用に関する知見を電解プロセスに適した溶融塩浴の設計に応用し、今後は二酸化炭素還元過程を検討する予定である。

这项研究旨在获得建造用于合成功能性碳材料和使用高温熔融盐中二氧化碳的氧气的过程所必需的基本理学知识。为了设计实现这一提议过程所需的电解系统，有必要阐明二氧化碳在熔融盐中的溶解和还原行为，但是先前的研究仅基于电化学测量获得了信息，并且没有直接观察到这些行为。因此，在这项研究中，通过测量结合光谱和计算化学技术的方法来测量二氧化碳在高温熔融盐中的溶解和还原行为。在2022年，为了澄清二氧化碳在高温熔融盐中的溶解行为，对熔融盐的原位拉曼光谱进行了溶解的二氧化碳的原位拉曼光谱，并通过密度功能理论通过计算机模拟来分析获得的拉曼光谱。鉴于丰富的基本热力学数据和丰富的资源，用作反应培养基的熔融盐是含有LICL，NaCl和CaCl2的混合盐。拉曼光谱分析导致添加金属氧化物的混合盐，以促进二氧化碳在熔融氯化物中的溶解，发现在引入二氧化碳后发现了新的拉曼带，并且通过密度功能计算，发现阳离子在碳酸盐中溶解在碳酸盐状态下，该碳酸盐溶解在该碳酸盐状态下。此外，对各种熔融盐组成进行了类似的测量，并获得了钙离子和二氧化碳之间的特别强相互作用。如上所述，我们将利用今年对熔融盐和二氧化碳组成元素之间相互作用的研究获得的知识，以设计适合电解过程的熔融盐浴，并考虑将来的二氧化碳还原过程。