「作れない」はずの合金材料を合成—CO₂を資源に変える新触媒の可能性

2026-07-02 東京都立大学

東京都立大学と北海道大学の研究グループは、複合金属酸化物を前駆体とした電気化学還元を利用し、熱力学的平衡状態では生成しない準安定な銅–インジウム金属間化合物(CuIn₂)ナノ粒子の合成に世界で初めて成功した。Cu₂In₂O₅をCO₂還元反応条件下で還元すると、酸素脱離を伴う非平衡構造再編成により、Cu₂Inコア/CuIn₂シェル構造を形成することを確認した。熱処理ではCuIn₂が安定相へ変化する一方、再還元で再び形成されることから、電気化学的非平衡環境でのみ存在する準安定相であることを実証した。得られた触媒はCO₂還元反応において競争反応である水素発生を大きく抑制し、一酸化炭素(CO)やギ酸イオン(HCOO⁻)を選択的に生成した。理論計算からは、CuIn₂表面でCO吸着が水素吸着と競合することで水素発生が抑制される機構も明らかとなった。本成果は、電気化学反応を利用した新たな準安定金属間化合物の創製手法を示し、CO₂資源化触媒や電子材料、エネルギー変換材料など幅広い機能性材料開発への展開が期待される。

「作れない」はずの合金材料を合成—CO₂を資源に変える新触媒の可能性
図1.電気化学的な非平衡構造再編成を利用した準安定な金属間化合物CuIn2を含むナノ粒子の合成。相図は、物質・材料研究機構(NIMS)のデータ中核拠点が提供するMatNaviから、Okamoto, H.; Massalski, T. Binary Alloy Phase Diagrams; ASM 617 International :1990; Vol. 12 , pp 3528−3531.に記載のデータを用いた図を引用。

<関連情報>

選択的CO2還元のためのCu-In金属間化合物ナノ粒子の非平衡電気化学合成 Nonequilibrium Electrochemical Synthesis of Cu–In Intermetallic Compound Nanoparticles for Selective CO2 Reduction

Soichi Kikkawa,Tatsuya Koubayashi,Toshiaki Oka,Ray Miyazaki,Jun-ya Hasegawa,Hideyuki Kawasoko,and Seiji Yamazoe
The Journal of Physical Chemistry Letters  Published June 30, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c01116

Abstract

An In-rich Cu–In intermetallic compound (IMC), CuIn2, was accessed through an electrochemical nonequilibrium pathway and obtained as bulk Cu2In core/CuIn2 shell nanoparticles. CuIn2 is thermodynamically metastable in the Cu–In binary phase diagram and has previously been observed only at Cu/In interfaces in sputtered thin films. Here, electrochemical reduction of a mixed metal oxide precursor (Cu2In2O5) under aqueous CO2 reduction conditions enables the formation of a metastable CuIn2 shell encapsulating a Cu2In core. The resulting biphasic IMC particles exhibit characteristic CO2 reduction selectivity with strongly suppressed competing H2 evolution. Density functional theory calculations suggested that CO adsorption at Cu bridge sites on the In-rich CuIn2(121) surface competitively inhibits H adsorption, which may contribute to the suppressed H2 evolution. This work demonstrates a nonequilibrium electrochemical route for accessing metastable IMC phase through oxygen-elimination-induced restructuring of a mixed metal oxide precursor.

0505化学装置及び設備
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