二酸化炭素の化学的固定化をシンプルな操作で高速化―CO2吸収材を電極に塗布しギ酸合成速度を24倍に：筑波大学ほか
(2021年8月2日発表)
筑波大学と大阪大学の共同研究グループは8月2日、二酸化炭素（CO2）を電気化学的に還元し、ギ酸などの化成品に変えるCO2固定化技術において、CO2吸収材を電極表面に塗布したところ、ギ酸の合成速度を従来法より24倍高速化することに成功したと発表した。温暖化ガスのCO2の削減に向け、CO2の回収・資源化の推進が期待されるとしている。
CO2削減方法の一つとして、再生可能なエネルギーを用いてCO2を電気化学的に還元し、メタン、メタノール、ギ酸などの有用な化成品を生み出す化学的固定化法が注目されている。工場などから排出される高濃度のCO2を資源とみなし、電解合成により化成品に変換するというもの。
しかし、これまでは目的の生成物の合成速度を高めようとすると目的以外の副生物も合成されてしまうという、「生成物の選択性が低い」という問題があり、合成速度と選択性の両立が課題とされていた。
研究グループは、この解決には電極表面へのCO2の供給量を増やすことが重要と考え、CO2吸収材を電極表面に塗布した。
具体的には、多孔質性を高めたスズ電極を作製し、CO2と接触可能な電極の表面積を増大させた。その表面にCO2を吸収する性質を持つポリエチレングリコール（PEG）を電気化学的に接着させた。
実験では、多孔質スズ電極にPEGを張り付けていないものも作り、電気化学的CO2還元によるギ酸合成能力を比較評価した。
PEGを表面に張り付けていない電極では、高電位を印加すると、原料であるCO2が不足して副反応が促進されたのに対し、PEGを張り付けた電極ではCO2が安定供給され、ギ酸合成反応が加速された。合成速度は、一般的な平板電極であるスズと比較して24倍速かった。
今回の研究により、CO2吸収材を塗布するとCO2分子の捕集と電極表面への輸送が加速され、ギ酸の合成に十分なCO2分子が供給され、合成速度が増大することが実験的、計算化学的に示されたという。
PEGを電極表面に塗布するだけというシンプルな操作ですみ、汎用性が高く、今後CO2の資源化、再利用化に向けて新技術の実用化を進めたいとしている。
