今回開発した分子触媒
(図:東芝のプレスリリースより)
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光電気化学システムのイメージ図
(図:東芝のプレスリリースより)
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 東芝は2016年10月31日、光で二酸化炭素をエチレングリコールに変換する光電気化学システムを開発し、エネルギー変換効率0.48%を達成したと発表した(ニュースリリース)。金属表面上にイミダゾリウム塩誘導体を高密度に吸着させた分子触媒が二酸化炭素分子と相互作用をすることで、従来実現できなかった反応を可能にしたという。現在特許出願中。

 二酸化炭素の大気中濃度は上昇を続けており、地球温暖化の一因と推察されている。また、化石燃料の枯渇も懸念されることから、再生可能エネルギーの活用が望まれており、光で二酸化炭素を化学エネルギーに変換する光電気化学セル技術の開発が国内外で進められている。

 これまで二酸化炭素を一酸化炭素やギ酸などの2電子還元物質に変換する電気化学触媒技術が報告されていた。しかし、より複雑な還元反応によって生成される多電子還元物質については、炭化水素に直接変換する銅などの触媒の研究が進められているが、副生成物が多いという課題があった。

 今回、光起電力素子にシリコン系太陽電池を用いることで、光で二酸化炭素をエチレングリコールに変換する光電気化学システムを開発した。エチレングリコールは、PETボトルやポリエステル繊維・樹脂の原料などに使用できる汎用性の高い工業原料である。

 分子触媒の吸着方法を見直して二酸化炭素還元の性能を向上させた電極を利用し、触媒が最も効率的に作用するように光電気化学システムを制御したことで、光によるエチレングリコール生成が可能になった。分子触媒が二酸化炭素の反応を促進するとともに多電子還元反応の反応場としての役割を果たすと考えられる。

 米国で2016年10月2~7日(現地時間)に開催された国際学会「PRiME2016」で発表した。今後は、2020年代の実用化を目標に、汎用性の高い工業原料を高効率で製造する技術の開発を進めていく。