利用铜电极回收二氧化碳作为资源~阐明羟基在C2化合物生产中的重要性~

演示要点

〇〇铜电极二氧化碳资源回收（C2化合物合成）反应机理分析
〇〇 铜表面存在的羟基（OH^-)在C2化合物的生产中起着重要作用
〇将成为开发铜催化二氧化碳资源回收反应的主要指标之一的成果

摘要

　V体育（副教授猪又智彦、名誉教授增田秀树）和电装株式会社（饭岛刚先生、山口仁博士、伊藤美穗博士）的研究小组对使用铜电极的二氧化碳回收反应，使用表面增强红外光谱法（第 1 项）对还原二氧化碳回收反应进行了详细的机理分析。据报道，在铜电极上的二氧化碳资源回收反应中，通过还原中间体的偶联反应生成C2化合物(第2项)，但关于生成C2化合物的反应机理，提出了各种机制。
　该研究小组通过预处理制备了各种氧化态的铜电极，并利用表面增强红外光谱跟踪了二氧化碳在其表面的电化学还原反应。结果，羟基（OH^-)已被证明可以有效地产生C2化合物，例如乙烯和乙醇。
　将二氧化碳转化为C2化合物，从二氧化碳资源回收的角度来看是一项备受关注的技术，从绿色创新的角度来看也是重要的知识。该研究成果发表在美国化学会ACS催化（电子版）上（DOI：）。

研究背景

　从消除化石资源和全球变暖的角度来看，二氧化碳的回收利用是重要的研发主题之一。特别地，已知在使用铜作为电极的二氧化碳的还原反应中产生诸如乙烯和乙醇的C2化合物，但是关于形成机制存在多种理论，并且已经报道了多种反应机制。为了开发一种高效的铜电极催化剂，将二氧化碳作为资源回收利用，需要对各种氧化态下铜表面二氧化碳还原反应的反应机理进行详细研究。

研究内容/结果

　在本研究中，我们使用了一种称为表面增强红外光谱的测量方法，可以利用红外光谱跟踪电极表面的催化反应，并观察铜电极表面各种氧化态的二氧化碳资源回收反应中的反应中间体。如图a所示，在正常的铜表面上，二氧化碳还原产生C1化合物（第3项），例如含有一个碳原子的一氧化碳（CO）。另一方面，如图b所示，我们证实，由于铜电极表面吸附的羟基（OH-）的存在，铜电极表面产生的二氧化碳（CO）还原中间体与羟基相互作用，引起偶联反应，转化为乙烯和乙醇等C2化合物。

图铜电极上二氧化碳转化反应机理的差异取决于羟基（OH-）的存在与否

社会意义

　阐明二氧化碳转化为C2化合物的机理被认为是发展二氧化碳资源回收技术和温室气体减排技术的重要指标。

未来发展

　通过在铜电极表面还原二氧化碳来生产C2化合物的机理的细节已经阐明，并且已经阐明了有效的二氧化碳资源回收反应所需的因素。未来，开发一种在铜电极上稳定存在羟基（OH-）的方法将非常重要，这是C2生产反应的关键。

术语表

第 1 项：表面增强红外光谱
　这是一种利用表面等离子体效应放大金属基材上化学物质的红外光谱强度的测量方法。它极其灵敏，可以与电化学测量等其他测量方法结合使用。
第 2 项：C2 化合物：
　由两分子二氧化碳反应生成的含有两个碳原子的化合物，如乙烷、乙烯和乙醇。它也是工业上重要的化合物。
第 3 项：C1 化合物
与C2化合物不同，它是由一分子二氧化碳还原反应生成的含有一个碳原子的化合物，如甲烷、甲醇、一氧化碳、甲酸等。这些也是工业上重要的化合物。

论文信息

论文标题：铜电极上氢氧化物层在电化学中的作用二氧化碳减少
作者：G Iijima、T Inomata、H Yamaguchi、M Ito、H Masuda
出版杂志名称：ACS Catal, 2019, 9, 6305-6319
发布日期：2019 年 6 月 3 日
DOI：

联系信息

研究相关事宜

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生命与应用化学系
猪又智彦副教授
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