大阪大學,科學技術振興機構(JST)

令和3年5月26日

大阪大學
科學技術振興機構(JST)

光で二酸化炭素を有用な化學原料に高効率変換
150度以下の低溫でCOからCOを選択的に合成できる新觸媒技術

ポイント

大阪大學 大學院工學研究科の桒原 泰隆 講師、山下 弘巳 教授らの研究グループは、獨自に開発した觸媒を用いて、二酸化炭素(CO)と水素(H)を原料とし、化學工業において有用な一酸化炭素(CO)を150度以下の低溫で製造することに成功しました。

COは地球溫暖化の主たる原因物質とされており、世界規模でその排出量削減に向けた取り組みが行われています。一方で、COを還元することによって得られるCOは、有機合成におけるカルボニル原料や、アルコール、ガソリンやジェット燃料などの液體炭化水素の原料となる有用な化學原料です。COをHと反応させてCOを得る反応(逆水性ガスシフト反応)には、従來500度以上の高溫が必要とされており、平衡制約により低溫では低い反応率しか得られず非効率という課題がありました。

これまで當研究グループでは、モリブデン酸化物に白金(Pt)ナノ粒子を擔持した觸媒が、含酸素化合物から酸素原子を取り除く反応(脫酸素反応)に優れた觸媒となることを世界に先駆け報告してきました。今回、この觸媒をCOの水素化反応に用いると、従來よりも低い140度という低溫でもCOが高効率かつ選択的に生成されることを発見しました。さらに興味深いことに、觸媒に光を照射すると反応速度は最大で4倍程度まで向上しました。

當研究グループの開発した觸媒は、調製が簡便である、分離や回収の容易な固體觸媒である、廃熱を利用可能な低溫(140度付近)でも駆動する、など実用化に不可欠な基盤要素を兼ね備えています。さらに、觸媒に可視光を照射することで、反応速度が向上するという特徴を有しています。本技術は、今後ますます排出量削減が迫られるCOを工業的に有用な物質へと変換するためのクリーンな觸媒技術として期待されます。また、今回発見した光照射による觸媒反応の促進は、モリブデン酸化物の表面プラズモン共鳴効果に由來していることを実験的に裏付けており、學術的にも極めて意義の高いものです。

本研究成果は、英國王立化學會誌「Journal of Materials Chemistry A」に、2021年5月26日(水)(日本時間)に公開されます。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 個人型研究(さきがけ)「電子やイオン等の能動的制御と反応」(研究総括:関根 泰 早稲田大學 理工學術院 教授)の研究課題「酸素欠損型モリブデン酸化物のプラズモン光反応場を利用した革新的CO変換反応の開発」(研究者:桒原 泰隆 大阪大學 大學院工學研究科 講師)の支援を得て行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Plasmon-induced Catalytic CO2 Hydrogenation by a Nano-sheet Pt/HxMoO3-y Hybrid with Abundant Surface Oxygen Vacancies”
DOI:10.1039/D1TA02277F

<お問い合わせ先>

(英文)“Plasmon-induced catalytic CO2 hydrogenation by a nano-sheet Pt/HxMoO3?y hybrid with abundant surface oxygen vacancies”

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