二酸化炭素を燃料に変える触媒を発見

二酸化炭素を燃料に変える触媒を発見化学

地球温暖化防止のために、二酸化炭素を燃料に変えるという目標に、スーパーコンピュータを使って、重要な役割を果たす「単一原子」の触媒群を特定することができました。

Liangzhi Kou准教授が率いるクイーンズランド工科大学(QUT)の材料科学センターの研究者たちは、国際研究の一環として、理論的モデリングを用いて、二酸化炭素を持続可能でクリーンなエネルギー源に変換する反応に有効な6つの金属(ニッケル、ニオブ、パラジウム、レニウム、ロジウム、ジルコニウム)を特定しました。

Nature Communications誌に掲載されたこの研究には、QUTの研究者であるAijun Du教授、Yuantong Gu教授、Lin Ju博士が参加しています。

Kou氏によると、この研究は、オーストラリア国立大学のNational Computational Infrastructure1オーストラリアの首都特別地域のキャンベラにあるオーストラリア国立大学にある高性能コンピューティングおよびデータサービス施設を用いて実験のモデル化を行い、金属の単一原子が「強誘電体」材料の2次元片とどのように反応するかを調べたものです。

強誘電体は、一方の面に正の電荷、他方の面に負の電荷を持ち、電圧をかけるとこの分極が反転します。

今回の理論モデリングでは、強誘電体材料に触媒金属の原子を加えると、温室効果ガスが目的の化学燃料に変換されることがわかりました。

一度極性を反転させれば、その状態は維持され、二酸化炭素を変換するための触媒として機能するといいます。

Kou氏によると、二酸化炭素を還元するための単原子触媒は10年前に提案されていたが、今回の研究はこの分野を大きく前進させるものだといいます。

「私たちは特殊な化学触媒を設計し、温室効果ガスである二酸化炭素を目的の化学燃料に変換することができます。その変換効率は、実現可能な方法で制御することができます。これは、化学反応の速度を上げたり下げたり、さらには切り替えたりする能力を初めて開発したことを意味します。二酸化炭素は、温室効果による地球温暖化の主な原因であり、これを化学燃料に変換することは、私たちの環境にとって重要であるだけでなく、エネルギー危機の解決にも役立ちます。」とKou氏は語ります。

本研究の筆頭著者であるJu氏は、今回の研究は、化学産業に大きな影響を与える可能性のある新規触媒の設計に指針を与えるものであると述べています。

Kou氏は、この分野の研究における長期的な目標は、二酸化炭素をクリーンなエネルギー源に変える方法を見つけることだと語りました。

今回の研究成果は、最終的には、エンジンや産業システムにコーティングを施し、二酸化炭素を大気中に放出する代わりに変換する方法につながる可能性があるといいます。

QUTの研究者は、機械・医療・プロセス工学部と化学・物理学部に所属しています。

Published by Queensland University of Technology. Lin Ju et al, Controllable CO2 electrocatalytic reduction via ferroelectric switching on single atom anchored In2Se3 monolayer, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25426-5
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