東京科学大学,大阪大学,北海道大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和６年１１月２１日

東京科学大学
大阪大学
北海道大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

プラズマで生成した水素原子による
「メタネーション反応」の低温活性化に成功

～低炭素社会の早期実現に資する新たな電化技術として期待～

ポイント

東京科学大学（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｏｋｙｏ） 工学院機械系の野崎 智洋 教授、キム・デヨン（Ｋｉｍ Ｄａｅ－Ｙｅｏｎｇ） 助教、大阪大学 大学院工学研究科の古川 森也 教授、北海道大学 触媒科学研究所の高草木 達 教授らの研究グループは、低温で非貴金属触媒（Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３）の触媒活性を高め、二酸化炭素（ＣＯ２）をメタン（ＣＨ４）に転換するプラズマ触媒反応系を実現し、その反応機構を解明しました。

ＣＯ２をＣＨ４に変換する「メタネーション」は発熱反応であり、平衡論的には低温ほど反応が進み有利です。一方、安定なＣ＝Ｏ結合を解離して反応を進める（解離する方向の反応速度を高める）ためには、大きなエネルギー障壁を克服する必要があり、必然的に高温の熱エネルギーが要求されます。このような最適温度の矛盾は多くの化学反応システムで散見され、熱化学的に（高温にする、あるいは低温にするといった熱依存的な方法で）克服することは困難です。これに対して本研究グループは、非平衡プラズマによって水素原子を利用する低温プロセスに着目しました。非平衡プラズマは、高い電子温度（数万度）と低いガス温度（室温程度）を持っていることが特長で、低温プラズマとも呼ばれています。振動励起ＣＯ２とともに水素原子を低温で同時に生成できる非平衡プラズマを触媒反応に作用させることで、新たな低温化学反応システムを構築し、熱依存型の従来システムと比較して低温でのメタネーションを実現しました。

この反応は、メタネーションだけでなく、フィッシャー・トロプシュ法による燃料合成やハーバー・ボッシュ法によるアンモニア合成など幅広い分野に応用することが可能なことから、再生可能エネルギー利用とプロセス電化の促進による低炭素社会の早期実現に資する技術と期待されます。

本研究成果は、２０２４年１１月１８日発行の「ＪＡＣＳ Ａｕ」に掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「非平衡プラズマを基盤とした電子駆動触媒反応の創成」（研究代表者：野崎 智洋）（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１９Ｒ３）の支援を受けて実施されました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Plasma-Derived Atomic Hydrogen Enables Eley-Rideal-Type CO2 Methanation at Low Temperatures”
ＤＯＩ：10.1021/jacsau.4c00857

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Plasma-Derived Atomic Hydrogen Advances Low-Temperature CO2 Methanation at High Yield”

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