ポイント
- 高圧条件でCO2を電気分解すると、CO2が高密度に電極表面を覆うことで電子状態が変化し、反応経路そのものを変化させられることが分かりました。
- CO2を再資源化して燃料や化学品を製造するプロセスを圧力によって制御する新しい指針を明らかにしました。
- 高圧電解を利用した高効率カーボンリサイクル技術の開発や、再生可能エネルギーを利用した化学品製造プロセスの実用化への貢献が期待されます。
二酸化炭素（CO2）を電気分解し、資源化する「電気化学的CO2還元反応（CO2RR）プロセス」は、抜本的なCO2削減法として注目されていますが、CO2の水中溶解度が低いために反応速度や選択性の制御が大きな課題でした。
東北大学 学際科学フロンティア研究所の笘居 高明 教授、大学院工学研究科のZhang Xishuo 大学院生、多元物質科学研究所の岩瀬 和至 准教授らの研究グループは、高圧条件下でのCO2電解反応において、圧力で反応性を変化させる新しい反応メカニズムを明らかにしました。本研究では、最大20メガパスカルの高圧条件での電気化学実験に第一原理計算を組み合わせることで、CO2還元反応の圧力依存性を体系的に解析しました。その結果、CO2圧力を5～15メガパスカルまで上げると、溶解度増加により反応活性が向上する一方、さらに高圧になると電極表面でのCO2被覆率が高まり、電子移動特性が変化することで反応経路が変わることが明らかになりました。
本研究は、高圧CO2電解において単なる濃度増加効果だけでなく、表面被覆による電子状態変化が反応選択性を決定する重要な要因であることを初めて示したものです。この知見は、CO2から燃料や化学品を製造する電解プロセスの設計に新たな指針を与えるとともに、将来的には高圧電解を利用した高効率カーボンリサイクル技術の開発や、再生可能エネルギーを利用した化学品製造プロセスの実用化に貢献することが期待されます。
本研究成果は、米国化学会が発行する学術誌「ACS Catalysis」に2026年5月15日（米国時間）付で掲載されました。
本研究は、科学技術振興機構（JST） 創発的研究支援事業「水熱電解法による炭素・熱循環の新スキーム」（JPMJFR206W）からの支援を受けて実施しました。また、JST 次世代研究者挑戦的研究プログラム（SPRING）「東北大学高等大学院博士後期課程学生挑戦的研究支援プロジェクト」（JPMJSP2114）、および東北大学高等大学院LEAPプログラムの支援を受けました。
＜プレスリリース資料＞
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＜論文タイトル＞
- “Non-Monotonic CO2 Reduction Selectivity under High Pressure: From Concentration-Driven Regime to Charge-Transfer Regulation”
- DOI：10.1021/acscatal.6c00443
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