Development of novel catalysts and electrolysis cell for highly-efficient co-conversion of CO2 and biomass to high-value-added compounds

开发新型催化剂和电解槽，将二氧化碳和生物质高效共转化为高附加值化合物

基本信息

批准号：
22H01855
负责人：
官国清
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Hirosaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

再生可能エネルギーを用いて電気化学的に二酸化炭素（CO2）を有価物へと変換するとき、陰極の触媒性能を高めてCO2の還元速度を向上させると同時に、陽極の酸化反応を上手く組み合わせるようにすれば、電解セルの両電極で同時に高付加価値化学品を高効率的に合成できる。令和4年度では、新規CuベースCO2還元触媒を担持したガス拡散陰極及び金属層状複水酸化物（LDH）触媒担持した多孔質陽極の調製を行った。得られたCu-Ceベース陰極触媒を用いてCO2からエチレン（C2H4）、メタン（CH4）、一酸化炭素（CO）及びギ酸（HCOOH）への変換の総ファラデー効率が最大33％に達成されたが、エチレン（C2H4）への選択性は低かった。また、金属有機フレームワーク前駆体による合成した新規InBiOx触媒も得られ、CO2からギ酸への変換のファラデー効率は最大97.6%に達したほか、120時間以上の安定性が示した。一方、CuCo-、CuZn-、CoZn-及びCuCoZn-ベースの層状複水酸化物陽極触媒を調製し、バイオマス由来ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）をバイオプラスチック原料のフランジカルボン酸（FDCA）へ電気化学的に変換した結果、最大100％のHMF転換率、95.8％のFDCA収率及び91.6％のFDCAへの変換ファラデー効率を達成した。また、市販の多孔質プロトン伝導性固体電解質膜及びバイポーライオン交換膜をスクリーニングしてみた結果、多孔質プロトン伝導性固体電解質高分子膜1種類及びバイポーライオン交換膜1種類を見つけた。

当电化学将二氧化碳（CO2）转化为有价值的材料时，如果增强了阴极催化性能以提高CO2的降低速率，同时，可以有效地将阳极氧化反应与高值化学品有效地组合，从而可以同时合成两种电元电极的电源元素。在2022财年，制备了由新的基于CU的CO2还原催化剂和由金属层层双氢氧化物（LDH）催化剂支撑的多孔阳极支持的气体扩散阴极。 CO2转化为乙烯，甲烷（CH4），一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）的法拉第总效率最高33％，但使用基于CU-CE的基于CU-CE的载体催化剂，但对乙烯（C2H4）的选择性很低。还获得了由金属有机框架前体合成的新型Inbiox催化剂，二氧化碳对甲酸的法拉迪效率最高为97.6％，稳定性超过120小时。同时，制备了Cuco-，Cuzn-，Cuzn-，Cuzn-和Cucozn的层状双氢氧化阳极催化剂，并进行了电化学转化的生物量衍生的羟基甲基甲基甲基甲基（HMF），从FARADAY转换为FDCA的效率为91.6％。此外，在筛选市售的多孔质子导电固体电解质膜和双极离子交换膜之后，我们发现了一种类型的多孔质子导电固体电解质聚合物膜和一种类型的双极离子交换。