大型放射光施設SPring-8を用いて、電気化学反応中の触媒状態を可視化する技術を開発　
高効率な触媒設計でCO2資源化を推進し、カーボンニュートラル社会の実現をめざす

元記事は、2024年10月4日日立製作所様　研究トピックスをご覧ください
株式会社日立製作所

日立は、電気化学反応によるCO₂資源化技術において、大型放射光施設SPring-8^*1（BL16XU）の高輝度X線を用いて、反応中の触媒^*2の状態をリアルタイムで可視化する技術を開発しました。本技術により、触媒の反応性や耐久性の向上などに関する具体的な指針が得られ、高効率な触媒設計が可能となることが期待されます。日立は、大学や研究機関、企業との共同研究を通じて、電気化学反応によるCO₂資源化技術の開発を推進し、持続可能なカーボンニュートラル社会の実現に貢献します。

近年、地球温暖化ガスである大気中のCO₂を回収して資源化する技術がカーボンニュートラル社会の実現に向けて期待されています。その中で、電気化学反応によりCO₂を還元してエチレン(C₂H₄)などの有用な化成品原料に変換する技術においては、反応を効率よく進めるための触媒が特に重要な役割を果たします。しかしながら、従来の方法では、反応前後の状態しか分析できないため、反応中に触媒の状態がどのようになっているのかがわかりませんでした。

今回、電気化学反応とX線計測を同時に行える電気化学セルを新たに開発し、日立が長年にわたり研究開発してきた放射光計測技術の一手法であるX線マイクロビームによる走査型蛍光X線顕微鏡^*3と融合させることで、多孔質電極上部の触媒（今回は銅）が、反応中に電極内部に分散していく様子をリアルタイムで捉えることに成功しました（図1）。本技術により可視化した反応中の触媒の状態変化は、これまでに想定されていない新しい知見であり、触媒の反応性や耐久性向上に関する具体的な指針につながります。

本技術はCO₂資源化にとどまらず、水電解や蓄電池などの他の電気化学反応にも適用可能です。今後、日立は、大学や研究機関、企業との共同研究を通じて、電気化学反応によるCO₂資源化技術の開発を推進し、持続可能なカーボンニュートラル社会の実現に貢献します。なお、本技術は、2024年10月6日～11日にホノルルで開催されるPRiME 2024^*4で発表されます。

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【用語解説】

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