光で二酸化炭素を有用な化学原料に高効率変換１５０度以下の低温でＣＯ２からＣＯを選択的に合成できる新触媒技術

2021-05-27

2021-05-26 大阪大学,科学技術振興機構

ポイント

独自に開発した触媒を用いて、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）を原料とし、化学工業において有用な一酸化炭素（ＣＯ）を１５０度以下の低温で製造することに成功
二酸化炭素は地球温暖化の原因物質とされており、低温で有用物質へと変換するための触媒技術が切望されていた
排出量削減が求められている二酸化炭素を、廃熱や太陽光エネルギーを利用して有用物質へと再資源化するためのクリーンな触媒技術として期待

大阪大学大学院工学研究科の桒原泰隆　講師、山下弘巳　教授らの研究グループは、独自に開発した触媒を用いて、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）を原料とし、化学工業において有用な一酸化炭素（ＣＯ）を１５０度以下の低温で製造することに成功しました。

ＣＯ_２は地球温暖化の主たる原因物質とされており、世界規模でその排出量削減に向けた取り組みが行われています。一方で、ＣＯ_２を還元することによって得られるＣＯは、有機合成におけるカルボニル原料や、アルコール、ガソリンやジェット燃料などの液体炭化水素の原料となる有用な化学原料です。ＣＯ_２をＨ_２と反応させてＣＯを得る反応（逆水性ガスシフト反応）には、従来５００度以上の高温が必要とされており、平衡制約により低温では低い反応率しか得られず非効率という課題がありました。

これまで当研究グループでは、モリブデン酸化物に白金（Ｐｔ）ナノ粒子を担持した触媒が、含酸素化合物から酸素原子を取り除く反応（脱酸素反応）に優れた触媒となることを世界に先駆け報告してきました。今回、この触媒をＣＯ_２の水素化反応に用いると、従来よりも低い１４０度という低温でもＣＯが高効率かつ選択的に生成されることを発見しました。さらに興味深いことに、触媒に光を照射すると反応速度は最大で４倍程度まで向上しました。

当研究グループの開発した触媒は、調製が簡便である、分離や回収の容易な固体触媒である、廃熱を利用可能な低温（１４０度付近）でも駆動する、など実用化に不可欠な基盤要素を兼ね備えています。さらに、触媒に可視光を照射することで、反応速度が向上するという特徴を有しています。本技術は、今後ますます排出量削減が迫られるＣＯ_２を工業的に有用な物質へと変換するためのクリーンな触媒技術として期待されます。また、今回発見した光照射による触媒反応の促進は、モリブデン酸化物の表面プラズモン共鳴効果に由来していることを実験的に裏付けており、学術的にも極めて意義の高いものです。

本研究成果は、英国王立化学会誌「ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡ」に、２０２１年５月２６日（水）（日本時間）に公開されます。

本研究は、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）「電子やイオン等の能動的制御と反応」（研究総括：関根泰　早稲田大学理工学術院　教授）の研究課題「酸素欠損型モリブデン酸化物のプラズモン光反応場を利用した革新的ＣＯ_２変換反応の開発」（研究者：桒原泰隆　大阪大学大学院工学研究科　講師）の支援を得て行われました。

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