二酸化炭素活用に向けた触媒技術と今後の展望

第1部 CO2からギ酸やメタノール等の有用物を生成するケイ素系還元剤と触媒技術

(2023年1月31日 10:30〜12:00)

二酸化炭素の資源化反応として、還元反応・還元的変換反応を取り上げる。ここでは、ケイ素系の還元剤を用いる触媒反応を紹介する。二酸化炭素の還元反応に必要となるのは還元剤であり、一般的には入手が容易な水素 (H2) が多用されている。一方で、ヒドロシラン (R3SiH) も金属錯体触媒の存在下、二酸化炭素をギ酸・メタノール・アミド等へ変換する還元剤として機能することが見出された。 ヒドロシランは反応性が高く、二酸化炭素との反応が熱力学的に有利に進行する利点をもつ。最近では、金属錯体だけでなく、有機分子触媒や固定化触媒を用いる反応が見出されている。ヒドロシランの他に、ジシラン (R3Si-SiR3) や金属ケイ素も適切な触媒が存在すれば、還元剤として機能することがわかっている。 金属ケイ素が廃棄太陽光パネル (シリコン型) から回収できる可能性についても触れる。

1. CO2資源化技術の必要性
2. CO2の還元反応・還元的変換反応
3. 水素とヒドロシラン:還元剤の違い
4. ヒドロシランを還元剤とするCO2の変換反応 (金属錯体触媒)
5. ヒドロシランを還元剤とするCO2の変換反応 (有機分子触媒・固定化触媒)
6. ジシランを還元剤とするCO2の変換反応
7. 金属ケイ素を還元剤とするCO2の変換反応
8. 金属ケイ素の廃棄太陽光パネルからの回収の可能性
• 質疑応答

第2部 二酸化炭素と水素を利用した燃料・化学品合成に有効な固体触媒の開発

(2023年1月31日 13:00〜14:30)

　将来、自然エネルギーを利用した発電が普及した場合、化石燃料を用いずに二酸化炭素を還元的に化学原料に変換する手法は、電気化学的に還元する手法と、電解水素を利用した水素化反応手法を利用することになる。 　本講演では、二酸化炭素の酸素を水素により還元除去する反応を利用した様々な固体触媒反応を紹介する。特に社会的関心の高まっているメタネーション、CO製造 (逆水性ガスシフト反応) 、メタノール製造に加えて、二酸化炭素の水素化で生成するメタノール等を他の有機分子のメチル化剤に用いてワンポットで有用な有機分子を合成する例も紹介する。 　連続的な流通反応や閉鎖系反応に加えて、非定常反応の利用により二酸化炭素の大気からの回収とメタン・CO製造を同一の反応器で行う手法も紹介する。また、データ科学を利用した触媒の発見・改良事例も紹介する。

1. 背景:アミド・カルボン酸還元からCO2還元反応へ
2. CO2/H2によるアミン・アンモニアのメチル化
3. 低温CO2水素化によるメタノール合成
4. CO2/H2による芳香族のメチル化
5. 機械学習を活用した未知組成触媒の開発:逆水性ガスシフト反応を例に
6. 非定常連続流通反応によるCO2水素化
• 質疑応答

第3部 酸・塩基両機能性酸化物を触媒としたCO2の非還元的変換技術

(2023年1月31日 14:40〜16:10)

　二酸化炭素の有用化合物への変換は大きく2つにわけることができる。還元的変換と非還元的変換である。ここでは、二酸化炭素分子中の炭素原子の酸化数+4が反応前後で変換しない非還元的変換を対象とする。還元的変換では、水素や電気など、大きなエネルギーの投入が必要となるのに対して、非還元的変換では水素などを必要としない。非還元的変換のターゲットとなる化学品は、有機カーボネート、カーバメート、尿素誘導体などである。 これらは従来ホスゲンなどを用いて合成されてきたため、二酸化炭素によるホスゲン代替として位置づけることができる。 　酸化セリウムが二酸化炭素とアルコールやアミンとの反応に有効な固体触媒となることが見出されている。 また、二酸化炭素とアルコールの反応は、平衡制約が厳しいことが知られている。 これに対して、ニトリルの水和反応を組み合わせることで、高い収率で生成物を得ることも可能になってきた。さらに、低圧二酸化炭素変換への応用例についても触れる。

1. CO2変換技術と本研究のターゲット
2. 酸化セリウムの物性と触媒利用
3. CO2とアルコール・アミンとの反応によるカーボネート、カーバメート、尿素類合成:熱力学
4. CO2とアルコール・アミンとの反応に有効な酸化セリウム触媒
5. CO2+CH3OH反応への脱水剤添加による平衡シフト
6. 酸化セリウム触媒+ニトリル脱水剤系の応用例
7. 常圧・低圧CO2変換
• 質疑応答