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ナノ材料・デバイス

二酸化炭素をエチレングリコールに変換する人工光合成向け分子触媒を開発

2015年9月

概要

当社は、二酸化炭素を80%のファラデー効率(注1)でエチレングリコールに変換する分子触媒を開発しました。本分子触媒は、太陽光エネルギーを使用して、二酸化炭素と水を炭素化合物に変換する人工光合成向けに開発したものです。本技術は、英国王立化学会の査読論文誌Physical Chemistry Chemical Physicsの電子版に掲載されました。

開発の背景

近年、二酸化炭素の大気中濃度は上昇を続けており、地球温暖化の一因と推測されています(注2)。また、化石燃料の枯渇も懸念されており、再生可能エネルギーの活用が望まれています(注3)。このような背景から、地球温暖化と化石燃料の枯渇の両者を解決できる技術として、人工光合成技術の開発が国内外で進められています。
これまで人工光合成技術として報告されてきたものの多くは、二酸化炭素を一酸化炭素やギ酸などの2電子還元物質(注4)に変換する技術です。より複雑な還元反応によって生成される多電子還元物質(注5)においては、炭化水素に直接変換する銅などの触媒の研究が進められていますが、副生成物が多いという課題がありました。今回開発した分子触媒は、二酸化炭素を多電子還元物質の工業原料エチレングリコールに変換することが可能です。

本技術の特長

今回開発した分子触媒は、金属表面上にイミダゾリウム塩誘導体を高密度に吸着させたものです。金属表面に吸着したイミダゾリウム塩誘導体が分子上で二酸化炭素分子と相互作用をすることで、従来実現できなかった反応を可能にしました。この分子触媒に外部電源を接続し、水溶液中に溶解した二酸化炭素を還元したところ、ファラデー効率80%の割合でエチレングリコールに変換することができました。これは、分子触媒が、二酸化炭素の反応を促進するとともに、2電子還元反応よりも複雑な多電子還元反応の反応場としての役割を果たしているからと考えています。得られたエチレングリコールはPETボトルやポリエステル繊維・樹脂の原料にも使用できる汎用性の高い工業原料です。

今回開発した分子触媒

分子触媒による二酸化炭素の変換

今後の展望

今後、この分子触媒を当社開発中の人工光合成技術に適用することで、2020年代後半の実用化を目標に、汎用性の高い工業原料を高効率で製造する技術の開発を進めていきます。

(注1)ファラデー効率:全電流に対する生成物に寄与した部分電流の割合。残り20%の電流は、主に水溶液中の水素イオンを水素に変換するのに消費されていると思われます。

(注2)IPCC第4次評価報告書総合報告書 環境省

(注3)再生可能エネルギー 資源エネルギー

(注4)二酸化炭素が電子2個を受け取って得られる物資

(注5)二酸化炭素が電子4個以上を受け取って得られる物資。今回の場合は電子10個を受け取り、エチレングリコールが得られる。


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