日本化学会

光や電気をエネルギー源として二酸化炭素を選択的に還元するための触媒開発

Development of Catalysts for the Selective Reduction of Carbon Dioxide using Light or Electricity as an Energy Source

カーボンニュートラリティの実現に向けて，二酸化炭素（以下，CO₂）の排出量を低減させることも重要であるが，再生可能エネルギーをエネルギー源として，一度排出されたCO₂を再び利用できる化合物に変換できれば，本質的なCO₂削減に貢献することができる。筆者らは，光エネルギーもしくは電気エネルギーを用いてCO₂を還元する光触媒反応（図a）と電解反応（図b）の高性能化を目指して，触媒開発を進めている。光触媒反応の場合には，光照射によって生じた励起電子が伝導帯下端（CBM）から助触媒（co-catalyst）に移動し，助触媒上でCO₂が還元されると考えられる。そのため，高性能化には助触媒の精密設計が重要である。一方，電解反応の場合には，電源装置からカソードに電子が注入されCO₂還元が進行する。したがって，光触媒反応における助触媒開発と，電解反応におけるカソード触媒開発は，非常に似通った設計指針の下で進めることができる。どちらの場合も，注入された電子を選択的にCO₂還元に用いるために，競争的に進行するH₂生成を抑制することが必要である。筆者らは，超音波還元法によりAg助触媒を担持し，さらに助触媒表面をCr種で被覆すると，CO₂光還元活性が飛躍的に向上することを報告した^1）。また，14員環型ヘキサアザCo錯体がCO₂電解還元に優れた性能を示し，低濃度CO₂をカソードに供給した場合にも，H₂生成よりもCO₂還元が優先して進行することを報告した^2）。今後は，双方で得られた知見を相補的に組み合わせ，CO₂還元の高性能化を実現したいと考えている。

1）    K. Kawata et al., ACS Catalysis 2025, 15, 4081.
2）    T. Inada et al., Catal. Sci. Technol. 2024, 14, 391.

井口翔之　 京都大学大学院工学研究科