二酸化炭素の吸着と化学変換を可能とする機能集積型ナノ多孔体触媒の開発

抄録

二酸化炭素（CO₂）回収 · 貯留技術や触媒を用いたCO₂変換反応は温室効果ガス削減に向けて極めて重要な技術であるが，実用化に向けては克服すべき課題が多い。ポリエチレンイミン（PEI）は分子鎖内に高密度のアミン部位を持ち，有望なCO₂吸着材の一つである。本研究では，PEIをCO₂吸着材とし，ナノポーラス材料を担体に利用した固体吸着材および機能集積型固体触媒を開発し，CO₂吸着およびCO₂の触媒的変換に応用した。PEIとメソポーラスシリカからなる固体吸着材は10 %および400 ppmのCO₂濃度の模擬排ガスから効率的にCO₂を吸着できる。さらに，メソポーラスシリカ骨格内に異種原子（Zrなど）を導入することでPEIとシリカ表面の相互作用が強化され，CO₂吸着量，CO₂脱離挙動，再利用性が大幅に向上できる。また，化学的安定性に優れたナノ多孔体材料（チタン酸ナノチューブや中空メソポーラス有機シリカなど）に金属錯体や金属ナノ粒子をPEIとともに共内包したハイブリッド触媒を開発し，CO₂の水素化反応によるギ酸合成反応に応用した。これら触媒では，PEIのCO₂吸着能とナノ多孔体担体の安定化効果により，高い触媒活性と再利用性が達成できる。