電気化学：分子触媒表面におけるCO₂からメタノールへのドミノ電解還元

二酸化炭素（CO₂）の電気化学的還元は、原理的には再生可能エネルギーを用いて排出炭素を炭化水素やアルコールなどの燃料や付加価値化学品に変換できるが、この過程は反応速度が遅いため効率が低い。分子触媒は、活性部位が明確で構造を正確に調節できるため、機構に基づく性能の最適化が可能であり、この観点から遷移金属錯体が広く研究されている。しかし、遷移金属錯体は一般に、2電子過程を超えるCO₂還元を促進してより価値の高い生成物を生み出す能力を欠く。今回我々は、これまでCO₂を主にCOに還元するために用いられていたコバルトフタロシアニンは、カーボンナノチューブに固定化すると、かなりの活性と選択性でCO₂からメタノールへの6電子還元を触媒することを示す。我々は、この変換が、COを中間体とする特徴的なドミノ過程を経て進み、ほぼ中性の電解液中において、可逆水素電極に対し−0.94 Vの電圧で、40％を超えるファラデー効率と10 mA cm⁻²を超える部分電流密度で、メタノールを生成することを見いだした。フタロシアニン配位子の望ましくない還元によって触媒活性は時間とともに低下するが、フタロシアニン環に電子供与性アミノ置換基を付加することによってこうした活性の低下を抑制できる。改良された分子系電解触媒は、かなりの活性と選択性でCO₂をメタノールに変換し、少なくとも12時間にわたって性能が安定していた。

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