先端触媒カプセルでCO2水素化からのメタノール生産が大幅向上

Tokyo東京工業大学の科学者たちは、銅ナノ粒子を撥水性の多孔質シリケート結晶内に配置することで、銅-酸化亜鉛触媒のメタノール生成効率を高める方法を発見しました。この方法により、銅粒子が熱で凝集するのを防ぎ、より効果的な水素化およびメタノール生成の増加が促進されます。この技術により、CO2からのメタノール合成がより効率的になります。

CO2排出は地球温暖化に大きく寄与しており、これらの排出量を削減することが急務です。メタノールは便利で手頃な燃料であり、従来の輸送燃料に代わる良い選択肢です。CO2を水素と反応させてメタノールを生産することは、CO2の回収と利用のための有望な技術の一つです。

メタノール合成においては、反応が熱を発するため、低温がより効果的です。銅と酸化亜鉛（Cu-ZnO）からなる触媒は、この反応を促進するのに優れています。これらの触媒は、CO2をフォルミアート中間体に変換し、メタノールの生成を高めます。銅と酸化亜鉛の接触面積が大きいほど、生成量が増えます。これは銅の粒子を分散させることで達成できます。しかし、銅粒子は高温になると不安定になり、準備や反応中に凝集して接触面積が減少します。また、副産物として生成される水も銅の凝集を促進し、フォルミアートの形成を遅らせます。

東京工業大学の多胡輝興教授が率いる研究チームは、シリカライト-1 (S-1) に包まれた新しいCu-ZnO触媒を開発しました。彼らの研究では、いくつかの重要な発見が強調されました。

• 金属を多孔質キャリアに封入することで、熱による凝集を抑制します。
• S-1に封入されたCu-ZnO触媒は、メタノールの生成を向上させます。
• 2種類の触媒が製造されました: Cu/S-1とCu@S-1です。
• Cu@S-1は、Cuフィロケイ酸塩（CuPS）パウダーを用いて調製されました。

関連記事:

今日 · 8:23

メカニカルフォースが遺伝子発現に及ぼす影響

研究者たちは2種類の触媒を作成しました。最初のものはCu/S-1と呼ばれ、水をはじく特性を持つS-1という材料に銅を加えたものです。2番目のものはCu@S-1と呼ばれ、銅粉末を使用してS-1の構造に銅粒子を組み込む方法で作られました。Cu@S-1を作るためには、銅粉末を溶解し、溶解する時間が銅粒子のサイズに影響を与えることがわかりました。最適な溶解時間を見つけたとき、その触媒にはS-1内に約2.4ナノメートルの銅粒子が含まれていました。

Cu@S-1触媒はCu/S-1に比べて水素化活性とメタノール生成能力が高いことが示されました。メタノール生成をさらに高めるために、ZnOをCu@S-1に含浸させ、細かなCu粒子を持つZnO/Cu@S-1触媒を作成しました。この新しい触媒はさらに高い活性を示し、Cu-ZnO界面の形成を示唆しています。

S-1構造は、加熱時に銅粒子が凝集するのを防ぎます。また、銅と酸化亜鉛の界面近くでの反応によって生成される水を迅速に除去し、メタノールの生成効率を向上させます。

この研究は2024年2月21日にオンラインで発表され、2024年4月1日にChemical Engineering Journalの第485巻に掲載されました。このプロジェクトは、EUのHorizon2020フレームワークと日本の科学技術振興機構によるSCICORP（ローレリンプロジェクト）によって資金提供されました。研究者は、新しい触媒調製方法が非常に効果的であり、二酸化炭素からメタノールを効率的に製造する可能性があることを発見しました。