伊藤准教授ら、スズとグラフェンの界面を利用した二酸化炭素を高効率に還元する新しい触媒を開発～二酸化炭素からの化成品合成技術の加速へ～
筑波大学 数理物質系の伊藤良一 准教授らは二酸化炭素（CO2 ）の電気化学還元によるギ酸の合成プロセスにおいて酸化還元グラフェンとスズ（Sn）との界面を活用することで高効率にギ酸を合成すること，さらにその反応メカニズムの解明に成功しました。CO2 と再生可能エネルギー由来の電気を用いてエネルギーキャリアであるギ酸を合成するプロセスは，工場などから排出されるCO2 の資源化・再利用技術として注目を集めていますが，ギ酸の合成効率にはいまだに改善の余地が大きく残されています。特に，このプロセスに用いる触媒には，原料である CO2 を効率的に連続供給する触媒担体が必要だとされています。
本研究では，CO2 を効率良く吸着する担体として酸化還元グラフェン（rGO）に注目し，これを扱いやすいスズ（Sn）触媒の担体として利用しました。この Sn/rGO 触媒と従来の Sn 触媒を比較すると，担体導入によって CO2 吸着量が 4 倍程度向上しました。触媒活性サイトを直接イメージングにより可視化できる走査型電気化学セル顕微鏡により，触媒と担体が隣接している箇所において，担体に吸着したCO2 が連続的に触媒へ供給されることで触媒と担体が隣接している箇所で多くのギ酸が合成されている様子の可視化に世界で初めて成功しました。この効果により，提案した触媒では従来の触媒と比較して担体を導入しただけで 1.8 倍のギ酸合成効率が得られました。これらの知見はギ酸のみならずCO2 吸着を反応の初期ステップとして共有しているメタンやメタノール，オレフィンにも適用できる可能性があると期待され，CO2 の電解還元によって合成される全ての化成品の触媒活性の向上にもつながり，CO2 電気化学還元による有用な化成品製造プロセスの基盤技術になると期待されます。
今後，本研究成果を起点に，時間的変動や地域偏在性の大きい再生可能ネルギー由来の電力を，地球温暖化防止の観点から効率的な利活用が求められるCO2 を用いてギ酸に変換して輸送・貯蔵する技術の確立に結びつけることで，エネルギー問題と地球温暖化問題の解決に大いに貢献することが期待されます。
本研究成果は，2021 年 3 月 2 日に米国化学会誌『ACS Catalysis』のオンライン版に掲載されました。
関連リンク
https://www.tsukuba.ac.jp/journal/technology-materials/20210304100000.html
