Development of heterogeneous electrocatalysts towards reduction of carbon dioxide into green fuels

开发多相电催化剂将二氧化碳还原为绿色燃料

基本信息

批准号：
18F18373
负责人：
中村潤児
金额：
$ 1.41万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-11-09 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、不均一系触媒（Cu,Pd混合系）を用いて二酸化炭素を水素化するとエタノールが生成すると報告されているが、メカニズムは全く分かっていない。本研究では、エタノール生成が電気化学的メカニズムで進むとの仮説を持ってメカニズム解明に臨んだ。そのためにモデル触媒反応器を構築し電気化学的メカニズムでエタノールが生成するか否かを明らかにすることを目的とした。同時に、粉体触媒を用いて、電気化学的メカニズムの検証を試みた。ステンレス製モデル反応器はバッチ型であり、内部にはカソード用Cu触媒とアノード用Pt触媒が設置され、両者は短絡され、その間に流れる電流を測定することができる。反応温度は反応器全体を加熱することで制御した。電解質と30気圧のCO2/H2混合ガス（１：３）を反応器に加えて、電流を測定し、さらに反応後の生成物をガスクロマトグラフで分析した。反応温度は80 ℃程度とした。CO2/H2混合ガスを導入した場合にのみ、反応電流が検出された。CO2のみ、H2のみ、Arのみの場合には、有意な電流は検出されなかった。生成物としてCO、エタノール、プロパノールが検出された。未だ電流値と生成物量の関係はよく一致してないが、電気化学的メカニズムで触媒反応が進行している可能性が高い。ただし、室温では反応が進行しないことから、反応メカニズムには熱的な反応素過程が含まれていると考えられる。また、粉体実験においては、Ru/Co2O3触媒を用いたCO2の水素化実験を集中的に行った。電解質を加えた場合には、COやエタノール、メタノールの生成が確認された。電解質を加えない場合には、それらの生成物の量は少ない。再現性確認の実験を続けているが、混成電位駆動型メカニズムの可能性が高いとみている。

近年来，有报道称，使用非均相催化剂（Cu、Pd混合体系）将二氧化碳加氢可生产乙醇，但其机理完全未知。在这项研究中，我们试图通过乙醇生产通过电化学机制进行的假设来阐明其机制。为此，我们构建了一个模型催化反应器，旨在阐明乙醇是否是通过电化学机制产生的。同时，我们尝试使用粉末催化剂验证电化学机理。不锈钢模型反应釜为间歇式反应釜，内部装有Cu催化剂为阴极，Pt催化剂为阳极，短路，可测量其间流过的电流。通过加热整个反应器来控制反应温度。将电解质和30atm的CO2/H2混合气体(1:3)添加到反应器中，测量电流，并使用气相色谱仪分析反应后的产物。反应温度为约80℃。仅当引入CO2/H2气体混合物时才检测到反应电流。在仅 CO2、仅 H2 和仅 Ar 的情况下未检测到显着电流。检测到产物为一氧化碳、乙醇和丙醇。尽管电流值和产物量之间的关系还不太匹配，但催化反应很可能是通过电化学机制进行的。然而，由于该反应不在室温下进行，因此认为反应机理包括热元反应过程。此外，在粉末实验中，我们重点进行了使用Ru/Co2O3催化剂的CO2加氢实验。当添加电解质时，确认产生了CO、乙醇和甲醇。如果不添加电解质，这些产品的量就会很少。尽管我们正在继续进行实验以确认可重复性，但我们相信混合电位驱动机制很有可能。