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。

本研究重点关注构建利用高温熔盐中的电化学反应从二氧化碳合成功能性碳材料和氧气的过程所需的基础物理，作为二氧化碳资源回收过程之一，目的是获得化学知识。为了设计实现该工艺所需的电解系统，有必要阐明二氧化碳在熔盐中的溶解和还原行为，但迄今为止尚未使用电化学测量进行研究，仅获得基于此的信息。获得的，并且这些行为尚未被直接观察到。因此，在本研究中，我们将采用光谱法和计算化学方法相结合的测量方法，原位测量二氧化碳在高温熔盐中的溶解和还原行为。 2020年度，为了明确二氧化碳在高温熔盐中的溶解行为，我们对溶解了二氧化碳的熔盐进行了原位拉曼光谱测量，并对所得拉曼光谱进行了密度展宽分析。基于泛函理论的计算机模拟进行了分析。从基础热力学数据丰富和资源丰富的角度来看，用作反应介质的熔盐是含有LiCl、NaCl和CaCl2的混合盐。从含金属氧化物的混合盐促进二氧化碳在熔融氯化物中溶解的拉曼光谱结果来看，引入二氧化碳后检测到了新的拉曼谱带，密度泛函计算表明，引入二氧化碳后检测到了新的拉曼谱带。已经清楚的是，阳离子物质以配位碳酸盐状态溶解。此外，对各种熔盐组合物进行的类似测量的结果表明，钙离子和二氧化碳之间的相互作用往往特别强。如上所述，我们将把今年关于熔盐组成元素与二氧化碳之间相互作用的研究中获得的知识应用于适合电解工艺的熔盐浴的设计，并将在未来考虑二氧化碳还原工艺是有计划的。