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KAIST、CO₂を 99%の純粋燃料に変換する光触媒を開発

非常に高い変換活性


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は化学科のソン・ヒョンジュン教授研究チームが炭酸水に含まれる二酸化炭素を99%純粋なメタン燃料に変える金属酸化物混成光ナノ触媒を開発したと11月9日に発表した。

太陽光を利用してメタンに変換する技術は太陽電池を利用して電気を生産したのち電池に貯蔵する方式よりも効率的。しかし太陽光は日が出ている間だけ利用が可能で発電量が天候によって一定しないという限界がある。したがって太陽光を利用して二酸化炭素を変換しエネルギーと環境問題を同時に解決するための研究が世界中で進められている。

二酸化炭素は非常に安定した物質で、異なる分子への変換が難しく、効率と選択性のよい触媒の開発が要求されてきた。これまでに報告されている触媒は反応活性が低かったり多様な混合生成物が生じて実際の反応に利用することが難しかった。

ソン教授研究チームは日焼け止めクリームに主に使用される亜鉛酸化物ナノ粒子を合成した。そして表面に銅酸化物を単結晶で成長させてコロイド状態の亜鉛銅酸化物混成ナノ構造体を製造した。銅酸化物は光を受けると高いエネルギーをもつ電子を生成して炭酸水に溶けている二酸化炭素をメタンに変える役割を果たす。

また亜鉛酸化物も光を受けて電子を生成したのち銅酸化物に伝達するため、木の葉で起きる光合成現象と類似した原理により反応メカニズムを長く維持できる。研究チームはナノ化学合成方法で触媒の粒子の構造を一定に調節して高い表面積を維持した。これにより変換活性を従来の数百倍増加させることに成功した。その結果、水溶液での反応実験で二酸化炭素から99%の純粋なメタンを確保することが可能であることが分かった。

研究に当ったソン教授は「既存の不均一な光触媒は固体粉末の形態で構造が均一でなく、水に分散させることが困難だった。本研究のようにナノレベルで触媒構造の精密な調節は光触媒反応の効率向上と原理の研究に非常に役立つだろう」と話している。

研究結果は『Nature Communications』電子版に11月7日付で掲載された。




[2017-11-10]

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