MIT Tech Review: CO2をメタンにほぼ100%変換、高耐久性の次世代触媒＝阪大

フラッシュ2023年6月28日

CO2をメタンにほぼ100%変換、高耐久性の次世代触媒＝阪大
by MITテクノロジーレビュー編集部 [MIT Technology Review Japan]

大阪大学の研究チームは、レーザー金属3Dプリンティング（AM）技術と電気化学的表面処理を組み合わせることで、二酸化炭素（CO₂）をメタンにほぼ100％の選択性で変換できる「金属製自己触媒反応器」の作製に成功。CO₂資源化反応において、実用触媒に資する優れた性能を有することを示した。

既存の粉末状金属ナノ粒子担持触媒は、過酷な環境下では凝集や表面構造の変化により失活してしまう問題がある。一方でセラミクス製のハニカム触媒には、触媒層に温度分布が生じやすく、特に発熱反応で熱暴走・触媒活性の低下が起こり、反応の制御が困難という問題がある。

研究チームはこれらの問題を解決するため、高温強度、熱伝導性に優れた金属材料に着目。レーザー金属AMプロセスでチャンネル構造を付与し、電気化学的表面処理により触媒機能を示す活性金属を表面に露出させることで、触媒機能と反応管としての機能を併せ持った金属製の自己触媒反応器（SCR: Self Catalytic Reactor）を作製した。

作成した反応器の触媒性能を、温室効果ガスである二酸化炭素の資源化反応で評価したところ、100%近い選択性でメタンが得られ、400⁰Cで数日間利用しても活性が変化しない極めて高い耐久性が示された。さらに、水酸化ナトリウム水溶液に浸すと自己溶解メカニズムにより表面の再構築が起こって触媒活性が向上する現象を発見し、レーザー金属AMプロセスのスキャンストラテジーにより結晶方位が変化して触媒性能が変化することも見い出した。

今回開発した反応器は、レーザー金属3Dプリンティング技術を利用することで多様な触媒プロセスに最適な構造を提案できることや、過酷な環境下においても安定性が高く触媒の交換が容易なバルク状であることなど、実用化触媒に不可欠な基盤要素を兼ね備えているという。研究論文は、アドバンスト・ファンクショナル・マテリアルズ（Advanced Functional Materials）のオンライン版に、2023年6月21日付けで公開された。

（中條）
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