Carbon dioxide reduction reaction catalyzed by molecules adsorbed on electrodes

电极吸附分子催化二氧化碳还原反应

• 批准号: 22K05057
• 负责人: 内田 太郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University of Health and Welfare
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05057/
• 关键词: 表面増強赤外分光; 電気化学的還元; 二酸化炭素; 電極触媒; DFT計算

初年度である本年度は、手始めに既に現象論が報告されているピリジンによるPt電極でのCO2のメタノールへの電気化学的還元反応のメカニズム解明を試みた。電気化学測定と分光測定の同時測定による反応の追跡を行ない、その結果ならびにDFT計算の結果とを比較検討を行った。実験結果から、CO2還元反応中では、ピリジン、CO、もしくは水素原子と観測される分子種が電極表面で観測された。これらをそれぞれPtクラスター上に吸着させたもののDFT計算を行い、得られたスペクトルと実験で得られたスペクトル比較したところ、吸着物質がピリジンではない可能性が示唆された。そこで、現在、実験条件および計算条件を変えながら、まずは実験で観測された中間体の解析を行なっている。本実験系でもすでに反応解析が複雑であり、他の有機分子を用いたCO2還元反応の反応機構の議論はその場測定の結果のみでは進めることが難しいことが示唆された。分子によるCO2の還元は、有機分子が電気化学的に水から水素を引き抜き、引き抜いた水素を分子内もしくは表面を介してCO2と反応させることにより生じると考えられる。そこで、CO2の電気化学的還元をより単純化させた、有機分子による水からの電気化学的な水素原子の引き抜き過程の促進機構についても実験・計算を併用して解析を並行して行なっている。上記のシミュレーションでは、系内に金属を入れると計算コストが増加する。現在はコストを抑えるために金属クラスターを電極モデルとして計算に用いている。金属表面に全ての中間体を入れないとシミュレーションで実験結果を再現できない場合、クラスターサイズを大きくしないといけなくなるため、シミュレーションの方法自体についての検討も行なっている。

在第一年，我们试图阐明PT电极中二氧化碳甲醇的电化学还原反应的机理，这已经报道了现象。通过同时测量电化学测量和光谱仪测量来跟踪反应，并比较了DFT计算的结果和结果。从实验的结果中，在电极表面观察到了在二氧化碳还原反应期间观察到的吡啶，CO或氢原子和分子物种。尽管这些吸附在PT簇上，但进行了DFT计算，并且在实验中获得的光谱和频谱表明，吸附剂可能不是吡啶。因此，在当前改变实验条件和计算条件的同时，我们首先分析实验中观察到的中间体。有人提出，在该实验系统中，反应分析已经变得复杂，并且很难使用其他有机分子仅通过测量结果来进行二氧化碳还原反应的反应机理。通过电化学从水中拉出氢并将拉氢反应到分子中的二氧化碳或通过表面反应。因此，分析还与实验和计算以及实验和计算以及通过有机分子从水中促进电化学氢原子的促进，这简化了CO2的电化学还原。在上述模拟中，当金属插入系统中时，计算成本会增加。当前，金属簇被用作降低成本的电极模型。如果未将所有中间体放在金属表面上，则如果无法通过模拟来重现实验结果，则必须增加群集的大小，因此我们还检查了模拟本身的方法。