室温、極低圧（～5000 ppm）領域で世界一の性能を示す選択的CO2吸着材開発とその吸着メカニズム解明―脱炭素社会をめざしたDAC法への適用―

2021年03月18日

岡　　山　　大　　　学
高輝度光科学研究センター

◆発表のポイント

二酸化炭素（CO₂）の吸着材は、CO₂が大規模な気候変動の原因であることや、真空断熱材の開発への応用、分離・貯蔵したCO₂活性化のための触媒材料への適用などの目的で開発が求められていますが、現在開発されているものは低圧部での性能の低さや吸着剤の再生過程などに課題があります。
地球上に多量に存在するゼオライト（無機化合物）を用いて、室温・大気中に存在する安定で不活性なCO₂に対して極めて高い吸着特性を示す物質の調製に、世界で初めて成功しました。
環境問題解決への貢献や工業利用など、幅広い活用が期待されます。

　岡山大学大学院自然科学研究科の黒田泰重特任教授、大久保貴広准教授、平木英大学院生（博士前期課程）、織田晃さきがけ研究員（研究当時。現：名古屋大学工学研究科助教）らの研究グループは、高輝度光科学研究センターの池本夕佳主幹研究員、森脇太郎主幹研究員らのグループと共同で、地球上に豊富に存在する元素から形成される物質（ゼオライト）を利用することによって、室温・大気中の二酸化炭素（CO₂）濃度程度の条件下で、安定で反応不活性なCO₂に対して極めて高い吸着特性（強塩基以外では世界一）を示す物質の調製に成功し、その吸着機構を大型放射光施設SPring-8の放射光を利用した実験によって明らかにしました。本成果は、SPring-8のBL43IRを利用した遠赤外線吸収スペクトル測定4)、計算化学法といった画期的な方法を組み合わせることによって、初めて成功したものです。本研究の成果は王立化学会（RSC：イギリス）誌「Journal of Materials Chemistry A」に採択され、2月16日、同誌のオンライン版に掲載されました。同誌back cover論文としても採用される予定です。
　この試料を利用することによって、過去に排出され、大気中に蓄積されたCO₂のオーバーシュート分を調整することができるネガティブエミッション技術への展開も期待されます。さらに、CO₂からメタノールなどの合成は、化学者にとって夢の反応の一つで、回収された純度の高いCO₂をこれらの有益な化学物質調製のための原料として利用できれば画期的なことであり、環境問題解決への貢献も期待できます。

図　A型ゼオライトのモデル図：a）構造モデル、b) 中心に位置するα細孔とそのサイズおよびイオン交換されたCa²⁺イオンの位置、c) α細孔中の8員環と6員環上にCa²⁺イオンがそれぞれイオン交換されたモデル、d) 二種類のCa²⁺イオン上にピンどめされた吸着CO₂のモデル

◆研究者からのひとこと

紹介する内容は、現象そのものは8年ほど前に見いだしていました。しかし、CO₂吸着の活性サイトの解析が困難を極めました。当時さきがけ研究員であった織田君（現：名古屋大学助教）や、現在博士前期課程に在学中の平木君が放射光を利用した遠赤外線領域のスペクトル測定に成功し、やっと日の目を見た研究成果です。今回の室温・低圧領域でのCO2吸着という新奇な現象の発見は、今後の環境問題解決へつながる画期的な研究成果となりました。一連の過程で織田君は、仁科賞・研究科長賞の受賞や学振DC1、PDへの採用、さらにさきがけ研究として採択、などの栄誉を手にしました。これからのさらなる活躍を期待しています。（黒田）

織田助教

平木大学院生

■論文情報
論文名：Unprecedented CO₂ adsorption behaviour by 5A-type zeolite discovered in lower pressure region and at 300 K掲載紙：Journal of Materials Chemistry A
著　者：Akira Oda, Suguru Hiraki, Eiji Harada, Ikuka Kobayashi, Takahiro Ohkubo, Yuka Ikemoto, Taro Moriwaki and Yasushige Kuroda
D O I：10.1039/D0TA09944A
U R L：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2021/ta/d0ta09944a

＜詳しい研究内容について＞
室温、極低圧（～5000 ppm）領域で世界一の性能を示す選択的CO2吸着材開発とその吸着メカニズム解明―脱炭素社会をめざしたDAC法への適用―

＜お問い合わせ＞
岡山大学大学院自然科学研究科（理学系）　特任教授　黒田　泰重
　TEL：086-251-7844
FAX：086-251-7853

＜SPring-8 / SACLAに関すること＞
公益財団法人高輝度光科学研究センター
　利用推進部　普及情報課
　TEL：0791-58-2785　
FAX：0791-58-2786

＜JSTに関すること＞
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