2025-01-13 スイス連邦工科大学ローザンヌ校 (EPFL)
スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）、コペンハーゲン大学、上海大学の研究者たちは、二酸化炭素（CO₂）をアセトアルデヒドに高効率で変換する新しい銅ベースの触媒を開発しました。アセトアルデヒドは香水やプラスチックの製造に欠かせない化学物質で、従来は石油由来のエチレンを用いる「ワッカー法」で生産されていましたが、この方法は環境負荷が高く、持続可能性に課題がありました。新たに開発された触媒は、CO₂を92%の選択性でアセトアルデヒドに変換でき、エネルギー効率も高いとされています。この触媒はスケーラブルでコスト効果も高く、産業応用への道を開く可能性があります。研究成果は『Nature Synthesis』誌に掲載されており、化学産業の脱炭素化に向けた重要な一歩と評価されています。
＜関連情報＞
- https://actu.epfl.ch/news/from-co2-to-acetaldehyde-towards-greener-industria/
- https://www.nature.com/articles/s44160-024-00705-3
CO2からアセトアルデヒドへの電気化学的変換のためのスパークアブレーションによる銅クラスター触媒のスケーラブルな合成 Scalable synthesis of Cu-cluster catalysts via spark ablation for the electrochemical conversion of CO2 to acetaldehyde
Cedric David Koolen,Jack Kirk Pedersen,Bernardus Zijlstra,Maximilian Winzely,Jie Zhang,Tobias V. Pfeiffer,Wilbert Vrijburg,Mo Li,Ayush Agarwal,Zohreh Akbari,Yasemen Kuddusi,Juan Herranz,Olga V. Safonova,Andreas Schmidt-Ott,Wen Luo & Andreas Zuettel
Nature Synthesis Published:03 January 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44160-024-00705-3
Abstract
The electrochemical conversion of CO2 into acetaldehyde offers a sustainable and green alternative to the Wacker process. However, current electrocatalysts cannot effectively compete with heterogeneous processes owing to their limited selectivity towards acetaldehyde, resulting in low energy efficiencies. Here we report a theory-guided synthesis of a series of Cu-cluster catalysts (~1.6 nm) immobilized on various heteroatom-doped carbonaceous supports, produced via spark ablation of Cu electrodes (2.6 μg h−1 production rate, 6 Wh energy consumption). These catalysts achieve acetaldehyde selectivity of up to 92% at only 600 mV from the equilibrium potential. In addition, the catalysts exhibit exceptional catalytic stability during a rigorous 30 h stress test involving three repeated start–stop cycles. In situ X-ray absorption spectroscopy reveals that the initial oxide clusters were completely reduced under cathodic potential and maintained their metallic nature even after exposure to air, explaining the stable performance of the catalyst. First-principles simulations further elucidate a possible mechanism of CO2 conversion to acetaldehyde.
