二酸化炭素をエタノールに高選択的に光電気還元するための新規触媒

2023 年 3 月 17 日

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中国科学院、李源著

太陽光を利用して二酸化炭素（CO2）から貴重な化学物質や燃料を生成する人工光合成（AP）は、太陽エネルギーの貯蔵と負の炭素循環を実現する有望な戦略です。

ただし、人工光合成は非常に複雑で、複数の連続的かつ並行したステップが必要です。 さらに、熱力学的に有利な C1 製品は複数の AP 中間体から製造できるため、CC 結合を含む目的の化学物質を選択的に製造することが困難になります。

最近、教授らが率いる研究チームは、 中国科学院上海先端研究院（SARI）のChen Wei氏とWei Wei氏は、効率的にCO2を光電気還元してエタノール（C2H5OH）を生成するための新しいグラフェン/炭化ケイ素（SiC）触媒を開発した。

結果はAngewandte Chemie International Editionに掲載されました。

提案された複合触媒は、SiC 基板、界面層 (IL)、および数層のグラフェン上層で構成されており、CC カップリングのための活性中間体の正確な制御を達成するのに役立ちます。

最適な IL 構造により、SiC 基板から光生成された電子がグラフェン上層の活性サイトに容易に転送されます。 活性サイトでの強力な吸着とグラフェン表面の高い電子密度により、反応中間体が効率的に形成され、安定化されます。

研究者らは、CH3OH の生成が大幅に抑制され、CC カップリングが促進されることを発見しました。 したがって、小さなバイアス (Ag/AgCl に対して -50 mV バイアス) および周囲条件による模擬太陽光照射下で、C2H5OH が 99% 以上の選択率および 17.1 mmol gcat-1h-1 の CO2 変換率で独占的に生成されました。

したがって、CO2 から C2 製品を生成する最適な触媒の光電極触媒性能は、最先端の AP 触媒の性能より少なくとも 2 桁高かった。

詳しくは： Guanghui Feng et al、グラフェン/炭化ケイ素複合材料上の二酸化炭素からエタノールへの高選択的光電還元、Angewandte Chemie International Edition (2023)。 DOI: 10.1002/anie.202218664

雑誌情報:応用化学国際版

中国科学院提供