金沢大学ナノマテリアル研究所の德田規夫教授、理工研究域物質化学系の淺川雅准教授らと、ダイセルの吉川太朗研究員（兼任：金沢大学ナノマテリアル研究所特任准教授）らとの共同研究グループは，爆轟（ばくごう）法で合成したナノダイヤモンドを基軸とした独自のダイヤモンド固体触媒を開発し、可視光を当てることで放出される電子により二酸化炭素を一酸化炭素へ還元することに成功した（図1参照）。太陽光に6％程度しか含まれない紫外光をダイヤモンドに当てることで、周囲の二酸化炭素が還元されることは既に知られていたが、太陽光に最も多く（約50％）含まれる可視光を用いて同現象が確認できたのは世界初。
ダイヤモンドは電気を通さない絶縁体として有名だが、ホウ素を高濃度に含むことで導電性物質となる。これを利用し，化学的に安定な材料として電気化学分野での応用研究が盛んに行われてきた。特に，微量の化学物質を検知できる高感度センサーや効率的にオゾン水を生成できる電極として大きな注目を浴びており、既に複数の企業によって社会実装が進められている。一方、ダイヤモンドを二酸化炭素の電解還元に用いる場合は過電圧が大きく、実用的な分解電圧で還元するには助触媒金属との複合や深紫外光などの高エネルギー光の照射が必要不可欠であった。今回、ダイセルの爆轟合成技術と金沢大学の化学気相成長（CVD）技術を組み合わせた、独自のダイヤモンド結晶化技術により、太陽光に最も豊富に含まれる可視光を吸収して電子を放出する特殊な結晶構造を持ったダイヤモンド触媒を開発し、放出された電子によって二酸化炭素を一酸化炭素へと還元することに成功した。
この技術（太陽光超還元Ⓡ）は、触媒寿命の長さや所要電力の少なさという観点で、カーボンネガティブ社会の実現を大幅に近づける革新的カーボンリサイクル技術として期待できる。ダイセルでは、工場から排出される二酸化炭素を各種化工品原料となる一酸化炭素へと還元するサステナブル技術として、自社の化学プラントにて実証実験を行うことを計画している。
なお、この研究成果は、2023年12月1日に国際学術誌『Carbon』に掲載された。
図1 本技術の概念図。可視光によりダイヤモンド中の電子が励起され、
その電子がダイヤモンドの外に放出されることにより水和電子となり、
水和電子によりCO2が還元され、COが生成される様子
＜掲載論文＞雑誌名：Carbon論文名：CO2 reduction by visible-light-induced photoemission from heavily N-doped diamond nano-layer著者名：Taro Yoshikawa, Hitoshi Asakawa, Tsubasa Matsumoto, Kimiyoshi Ichikawa, Akira Kaga, Shintaro Yamamoto, Ryosuke Izumi, Mitsuru Ohno, Tomoaki Mahiko, Mitsuteru Mutsuda, Satoshi Yamasaki, Norio Tokuda掲載日時：2023年12月1日にオンライン版に掲載DOI： 10.1016/j.carbon.2023.118689URL :
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科学＆テクノロジー
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