東京工業大学の庄司州作博士後期課程3年らの研究グループは、物質・材料研究機構、高知工科大学、九州大学、静岡大学と共同で、低温でメタンの二酸化炭素改質反応(ドライリフォーミング)が可能な光触媒材料の開発に成功した。

 ドライリフォーミング反応は温室効果ガスであるメタンと二酸化炭素から、水素と一酸化炭素の合成ガスに変換できる。生成した合成ガスはアルコールやガソリン、化学製品を製造する化学原料となるため、この反応は天然ガスやシェールガスの有効利用および地球温暖化抑止のために注目されている。しかし、反応の効率的な進行には800℃以上の高温が必要で、大量の燃料消費と高温条件での触媒の劣化が問題だった。

 研究グループは今回、光エネルギーを使ってドライリフォーミング反応を起こす光触媒を開発。この光触媒はチタン酸ストロンチウムに金属ロジウムがナノスケールで複合されたもので、両物質の水溶液を密閉容器内で加熱処理するため簡便に合成できる。

 開発した光触媒は、紫外線を照射すると、加熱をしない条件でも50 %を超えるメタンと二酸化炭素転換率を示した。耐久性についても長期的に安定しており、加熱による触媒劣化の抑制だけでなく、工業的に致命的な副反応となる炭素析出の劇的な抑制が示された。また、解析により光触媒としてのチタン酸ストロンチウムの好適性も明らかになった。

 今回の研究成果は、天然ガスやシェールガスの有効利用に加え温室効果ガス低減への貢献が期待される。また、低温で合成ガスを製造できるため、既往の工業的手法と組み合わせてガソリン製造などの施設の大幅な簡略化と効率化が望めるとしている。

論文情報:【Nature Catalysis】Photocatalytic uphill conversion of natural gas beyond the limitation of thermal reaction systems

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