サステナブルなメタノールを作る触媒 (A catalyst for sustainable methanol)

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2019/7/29 スイス連邦工科大学チューリッヒ校(ETH) (チューリッヒ工科大学)

Nachhaltiges Methanol

・ ETH と仏・Total社が、CO2 と水素をメタノールに効率的に直接変換する、酸化インジウムとパラジウムを使用した触媒を新たに開発。

・ バルクケミカルのメタノールは、現在では主に化石燃料をベースとしている燃料や様々な化学物質に変換できる。また、メタノール燃料電池の推進剤としての利用も期待できる。

・ ETH は数年前に酸化インジウム触媒によるメタノール生成(副生物はほぼ水のみ)の実証に成功し、高度な安定性を確認しているが、不十分な触媒活性度を補うための、酸化インジウムの多量利用が商用化の可能性を阻んでいた。

・ 今回の研究では、選択性と安定性を維持したまま触媒活性を向上することに成功。酸化インジウムの結晶格子構造に数個のパラジウムの単一原子を挿入することで触媒表面にパラジウム原子が集合し、優れた触媒性能を提供する微小なクラスタを形成する。

・ 現在、産業規模のメタノール生成は化石燃料由来であり、これに伴ってカーボンフットプリントも高くなっている。CO2 からメタノールを生成する今回の技術では、メタノールから燃料を合成・燃焼後に CO2 を再利用するため、クローズドなカーボンサイクルの実現が可能と考える。

・ 水素の生成には電力を要するが、風力、太陽、水力等の再生可能エネルギー源の活用により、サステナブルなメタノールとそれを使用した化学物質や燃料の合成が可能と考える。

・ ETH と Total 社は、本技術について特許を出願。Total社は同技術のスケールアップと実証ユニットでの同技術の実証を数年内に実施予定。

URL: https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2019/07/catalyst-for-sustainablemethanol.html

(関連情報) Nature Communications 掲載論文(フルテキスト)

Atomic-scale engineering of indium oxide promotion by palladium for methanol production via CO2 hydrogenation

URL: https://www.nature.com/articles/s41467-019-11349-9

<NEDO海外技術情報より>

Atomicscale engineering of indium oxide promotion by palladium for methanol production via CO2 hydrogenation

Abstract

Metal promotion is broadly applied to enhance the performance of heterogeneous catalysts to fulfill industrial requirements. Still, generating and quantifying the effect of the promoter speciation that exclusively introduces desired properties and ensures proximity to or accommodation within the active site and durability upon reaction is very challenging. Recently, In2O3 was discovered as a highly selective and stable catalyst for green methanol production from CO2. Activity boosting by promotion with palladium, an efficient H2-splitter, was partially successful since palladium nanoparticles mediate the parasitic reverse water–gas shift reaction, reducing selectivity, and sinter or alloy with indium, limiting metal utilization and robustness. Here, we show that the precise palladium atoms architecture reached by controlled co-precipitation eliminates these limitations. Palladium atoms replacing indium atoms in the active In3O5 ensemble attract additional palladium atoms deposited onto the surface forming low-nuclearity clusters, which foster H2 activation and remain unaltered, enabling record productivities for 500 h.

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