Fundamental Study on Electron-Driven Catalytic Reaction and Carbon Recycling

电子驱动催化反应与碳回收基础研究

基本信息

批准号：
22KJ1297
负责人：
金大永
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1297/
关键词：
プロセスの電化 CO2価値化プラズマ触媒

项目摘要

プロセスの電化を目的として非平衡プラスマと触媒を組み合わせた複合反応はCO2価値化のための熱触媒に対する有望な代替技術として注目されている．非平衡プラズマは非熱的エネルギー分布を特徴とし，低いガス温度を維持しながら振動励起分子，ラジカル，およびイオンのような反応性種を生成する．これは熱触媒における熱平衡限界を排除することで熱力学的に対応できない化学反応を生起することができる．特に，振動励起分子はイオン化または解離に比べてエネルギー障壁が低く，律速過程を加速する反応パスを与えるため，ユニークな反応経路を生成するうえで特に重要である．しかし，触媒作用のための振動励起分子に対する直接的な検証データが得られておらず，論争の余地があり，実際にプラズマ触媒の反応機構は充分に理解されていない．したがって，これを打開するために本年度はプラズマが作用した場で触媒表面反応をin situで計測できる赤外線吸収分光用反応器を発明し，非平衡プラズマ触媒作用の反応機構解明に対する基礎研究を実施した．既存の熱触媒と比較して，非平衡プラズマと合金Pd2Ga/SiO2の結合が熱触媒で達成できない熱力学的限界を越えることができることを明らかにした．In situ計測（赤外線吸収分光およびX線吸収微細構造）および密度汎関数理論計算を結合したアプローチを通じて，m-HCOOの速い生成および分解の反応機構を解明した．特に，振動励起CO2が反応促進機構の核心であり，そして非平衡プラズマによって吸着水素が増大して新しい反応経路を形成していることを明らかにした．この成果はJACSに掲載およびカバーイメージとして採用されている．さらに，東京工業大学のプレスリリースをはじめ，Chem-stationにインタビュー記事が掲載された．また，国内外多数の学会に参加し，1つのポスター賞および2つの口頭発表の賞を受賞した．

为了过程电气化的目的，非平衡等离子体和催化剂相结合的复合反应作为一种有前景的二氧化碳热催化剂替代技术而受到关注。非平衡等离子体的特点是非热能分布，产生活性物质，例如振动激发的分子、自由基和离子，同时保持较低的气体温度。通过消除热催化剂中的热平衡限制，可以产生热力学无法处理的化学反应。特别是，振动激发的分子在产生独特的反应途径方面特别重要，因为它们具有比电离或解离更低的能垒，并提供加速限速过程的反应途径。然而，尚未获得振动激发分子催化作用的直接验证数据，存在争议空间，而且事实上，等离子体催化剂的反应机理尚未完全了解。因此，为了克服这个问题，今年我们发明了一种可以在等离子体作用的场中原位测量催化剂表面反应的红外吸收光谱反应器，并进行基础研究以阐明非平衡等离子体催化的反应机理。．与现有的热催化剂相比，发现非平衡等离子体与合金Pd2Ga/SiO2的键合可以克服热催化剂无法实现的热力学极限。通过原位测量（红外吸收光谱和X射线吸收精细结构）和密度泛函理论计算相结合的方法，我们阐明了m-HCOO快速形成和分解的反应机理。特别是，我们发现振动激发的CO2是反应促进机制的核心，非平衡等离子体增加了吸附的氢，形成了新的反应途径。该结果发表在 JACS 上并用作封面图片。此外，Chem-station还发表了东京工业大学的新闻稿和采访文章。多次参加国内外学术会议，获得壁报奖1项、口头报告奖2项。