二酸化炭素を液体燃料に変える新たな方法が見つかる

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二酸化炭素を液体燃料に変える新たな方法が見つかる　著者/出典：日付：2016年1月8日　クリック数：199　2016年1月7日、中国科学技術大学の化学・材料科学学院、合肥微尺度物質科学研究所の謝毅教授および孫永福特任教授の研究チームは、『ネイチャー』誌に「ハイブリッド型二次元超薄膜構造を用いた二酸化炭素の電気触媒還元」に関する研究成果を発表しました。これにより、二酸化炭素を液体燃料に変換するための新たな方法が提供されました。 　　かつては二酸化炭素を活性化するには大量のエネルギーが必要でした。今世紀に入ってからは、工業化の進展に伴い二酸化炭素などの温室効果ガスが大量に排出され、地球温暖化の進行速度が徐々に速くなっています；一方で、再生不可能な化石燃料の大量消費は、世界的なエネルギー危機の警鐘を鳴らしている。これら二つの深刻な脅威に対処するため、近年、科学者たちは実用化可能なさまざまな技術を模索してきており、化石燃料の燃焼によって放出される二酸化炭素の生成過程を逆転させることで、二酸化炭素の排出を削減し、同時にエネルギー不足も緩和しようとしているのである。 　　“二酸化炭素の触媒的変換には、光触媒、電気触媒、光電気触媒、水素添加など、さまざまな方法がある。我々の研究グループのこの研究は、二酸化炭素の電気触媒還元に関するメカニズムの解明に過ぎず、性能の向上を目指すものではない。”昨日、謝毅は記者からの電話取材に応じ、電気触媒還元プロセスによって二酸化炭素をさまざまな炭化水素燃料分子に還元し、メタン、ホルム酸、メタノールといった燃料を得ることができると述べた。しかし二酸化炭素は非常に安定しており、二酸化炭素の電気還元プロセスにおけるボトルネックは、この高い安定性を持つ二酸化炭素をどのように活性化するかという点であり、これにはしばしば非常に高い過電位が必要となる；また、過電位の存在は大量のエネルギーを無駄にするだけでなく、還元生成物が選択的に減少する原因ともなる。 　　一般的に、貴金属で作られた触媒は高い触媒活性を持つが、その高価なコストが大規模な利用を大きく制限している。そのため、科学者たちはさまざまな比較的安価な金属触媒を探している。 　　超薄膜構造と金属酸化物の共存がより有利　これまでの研究によると、金属酸化物の還元によって得られる金属触媒は、他の方法で作製された金属触媒よりも触媒活性が高く、二酸化炭素の還元電位を熱力学的な最小値まで下げることさえ可能である。“しかし、なぜこれらの表面金属酸化物が電気触媒性能を向上させるのかは、これまで明らかになっていなかった。その主な理由は、以前に作製された触媒に界面や欠陥といった多数の微細構造が含まれており、これらの微細構造が表面金属酸化物が持つ自身の金属触媒性能への影響を容易に覆い隠してしまい、各成分の役割を明確に判断することが難しかったからである。”謝毅は言った。 　　このため、研究チームはハイブリッド型のモデル材料系を構築した。それは、数原子層の厚さを持つ金属と金属酸化物のハイブリッド超薄膜構造であり、モデルが明確で材料が極めて薄く、表面活性原子が多いという特徴を持つ。研究によると、超薄構造に閉じ込められた表面コバルト原子は、塊状体中の表面コバルト原子よりも低い過電位下でより高い固有触媒活性とより高い生成物選択性を示し、コバルト原子層の部分的酸化によってその固有触媒活性はさらに向上する。 　　“つまり、金属原子が特定の配列方法と酸化数を持つ場合、より高い触媒変換活性を示す可能性があり、すなわち超薄膜の二次元構造や金属酸化物の存在が二酸化炭素の触媒還元能力を高めるのである。”謝毅は言った。 　　しかし、二酸化炭素を「クリーン」な炭化水素エネルギーに変換するのは一朝一夕にはいかず、実用化までにはまだ長い道のりがある。謝毅は、現在、世界中の多くの学者が二酸化炭素の触媒変換に関する研究を行っているが、現在の研究はまだ純粋な基礎研究の段階にあると述べた。謝毅はまた、二酸化炭素の実用化においては、触媒変換というプロセス以外にも解決すべき多くの困難があると述べた。それには、変換前の空気中の二酸化炭素を捕捉・濃縮することや、変換後の生成物の分離などが含まれ、これらには依然として多くの技術的障壁が存在する。 http://www.nmtech.com.cn/*nwen_xgyw_xx.asp?path=58&id=174708