電気とプラズマでCO₂を燃料など有用物質へ変換(Electricity and plasma turn CO₂ into fuel and other useful things)

2026-09-14 イェール大学

イェール大学の研究チームは、電気化学触媒とプラズマを組み合わせ、二酸化炭素(CO₂)からメタノールやブタンなどの有用な多炭素化合物を効率よく生成する手法を開発した。従来の電気触媒反応だけではCO₂から生成できる物質が限られていたが、プラズマ中の電子によってCO₂の強い炭素‐酸素結合をあらかじめ活性化することで、新たな反応経路を開拓した。鍵となるのは、気体・液体・固体が接する「3相界面」で、ガス拡散電極に銅触媒を配置し、プラズマと水を分離しながら反応を進行させる。常圧・室温で作動し、再生可能エネルギーの間欠的な電力にも対応できるため、CO₂資源化と化石資源代替、持続可能な航空燃料原料などへの応用が期待される。

電気とプラズマでCO₂を燃料など有用物質へ変換(Electricity and plasma turn CO₂ into fuel and other useful things)

<関連情報>

プラズマ活性化を用いたCO₂およびCOのC3+ 炭化水素および酸素化合物への電気触媒還元反応経路の解明 Unlocking reaction pathways for CO2 and CO electrocatalytic reduction to C3+ hydrocarbons and oxygenates using plasma activation

Ji-Yong Kim  (김지용), Omar Biondo, Yuanzuo Gao, Kelby Anderson, Julia Simon, Yingzheng Fan, Hailiang Wang, Annemie Bogaerts & Lea R. Winter
Nature Catalysis  Published:07 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-026-01609-5

Abstract

Despite recent progress in electrocatalytic CO2 and CO conversion, improvement in the generation of high-value multi-carbon products is required for practical sustainability goals. Here we report a plasma–electrocatalysis platform that delivers non-thermal plasma-activated CO2 or CO to a Cu gas diffusion electrode, enabling electrocatalytic conversion of plasma species while avoiding quenching in the electrolyte. Co-feeding CO2 and CO enhances C3+ and alcohol productivities by 3.3 and 1.5 times, respectively, compared with electrocatalysis alone. In addition, plasma activation unlocks the formation of chemicals that are not generated through electrocatalytic-only pathways, including methanol, acetylene, ethane, propane, butane and butanol. Plasma simulation, experimental evidence and in situ analysis suggest that vibrationally excited molecules and carbon suboxide can lead to the emergence and enrichment of certain reaction intermediates on Cu, accounting for the effects of the plasma activation on the electrocatalysis. The synergistic plasma–electrocatalytic conversion provides pathways towards the electrosynthesis of high-value chemicals and fuels at elevated production rates.

0505化学装置及び設備
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