中国の研究チームの成果
中国の安徽師範大学の研究チームが、光催化二酸化炭素還元で重要な進展を遂げた。チームは、原子レベルの精密設計によって多機能の催化剂を開発し、二酸化炭素を高付加価値の化学品である丙烷に高効率に変換することに成功した。
二酸化炭素還元の挑戦
二酸化炭素は、温室効果ガスの主な原因であるため、その資源化利用は、気候変動に対処し、エネルギーの持続可能な開発を実現するための重要な道の一つである。光催化技術は、太陽エネルギーを利用して二酸化炭素と水を高価値の化学品に直接変換することができるため、炭素循環経済の理想的な解決策を提供する。しかし、二酸化炭素分子は強い化学的惰性を持っているため、還元反応のステップは複雑であり、特に3個以上の炭素原子を持つ長い炭素鎖の生成には、複数の炭素-炭素結合反応が必要となる。
新しい催化剂の開発
この課題に対処するために、研究チームは、金属有機フレームワーク材料を基盤とする新しい催化剂を開発した。チームは、NH2-MIL-125（Ti）ナノシートを基盤として、ニッケル単原子と隣接するマンガン双原子からなる協同活性中心を構築し、高い適用性を示した。
研究チームは、深い機構的研究を通じて、丙烷の高選択的な生成は、ニッケルとマンガンの活性位点間の協同機構によるものであることを明らかにした。ニッケル単原子位点は、主に二酸化炭素を活性化し、一酸化炭素中間体に変換する役割を果たす。一方、隣接するマンガン双原子位点は、炭素-炭素結合の形成と接続を高効率に促進する。さらに、ニッケルとマンガン間の強い電子相互作用は、反応中間体の結合過程における固有の排斥力を著しく削減し、双炭素中間体から三炭素生成物への転化の重要なステップを円滑に進めることができる。
この研究は、光催化二酸化炭素転化プロセスにおける炭素鎖延伸の核心メカニズムを明らかにし、高効率、高選択的な二酸化炭素還元催化剂の設計開発に新しい戦略を提供する。
研究チームは、深い機構的研究を通じて、丙烷の高選択的な生成は、ニッケルとマンガンの活性位点間の協同機構によるものであることを明らかにした。ニッケル単原子位点は、主に二酸化炭素を活性化し、一酸化炭素中間体に変換する役割を果たす。一方、隣接するマンガン双原子位点は、炭素-炭素結合の形成と接続を高効率に促進する。さらに、ニッケルとマンガン間の強い電子相互作用は、反応中間体の結合過程における固有の排斥力を著しく削減し、双炭素中間体から三炭素生成物への転化の重要なステップを円滑に進めることができる。
この研究は、光催化二酸化炭素転化プロセスにおける炭素鎖延伸の核心メカニズムを明らかにし、高効率、高選択的な二酸化炭素還元催化剂の設計開発に新しい戦略を提供する。
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