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Scientific Reports volume 13、記事番号: 10298 (2023) この記事を引用

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5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

我々は、有機生成物の連続合成を目的とした、太陽電池一体型無膜マイクロ流体リアクターにおける海水と二酸化炭素（CO2）ガスの共電気分解について報告する。 マイクロ流体リアクターは、CO2 ガスと海水の注入用の一対の入口と有機生成物の除去用の出口を備えた中央マイクロチャネルで構成されるポリジメチルシロキサン基板を使用して製造されました。 一対の銅電極がマイクロチャネルに挿入され、入ってくる CO2 ガスや海水がマイクロチャネルを通過する際にそれらと直接相互作用するようになりました。 太陽電池パネルと電極を結合すると、低電圧で電極間に高強度の電界が生成され、CO2 と海水の共電気分解が促進されました。 CO2 ガスと海水の対電気分解により、太陽電池を介した外部電場の影響下で、工業的に重要な一連の有機物が生成されました。 合成された有機化合物は下流で収集され、特性評価技術を使用して同定されました。 さらに、有機生成物の合成に関して、電極付近で考えられる基礎的な電気化学反応機構が提案されました。 反応物質として温室効果 CO2 ガス、電解質として海水、共電解開始用の安価な電源として太陽エネルギーを組み込むことで、マイクロリアクターは CO2 隔離と有機化合物の合成のための低コストで持続可能な代替手段となります。

マイクロリアクターは、典型的な直径が 1 mm 未満で、反応容積がナノリットルからマイクロリットルの範囲にある 1、2、3 の連続流マイクロチャネルで構成されています。 過去 10 年間にわたり、マイクロリアクターは製薬産業 4、5、6、ポイントオブケア診断 7、クリーン エネルギー 8、9、およびハイスループット化学合成 10、11、12 に革命をもたらしてきました。 バッチプロセスと比較して、マイクロリアクター技術により、反応時間の短縮、収率の向上、選択性の向上、高効率、収益性の向上、正確な反応制御、廃棄物の削減、危険な反応の安全な取り扱いによる商用製品の連続合成が可能になります13,14。 マイクロリアクターは、有機化合物を合成するための CO2 ガスの利用と隔離に実質的に使用できます 15、16、17。

産業活動、自動車の排気ガス、または化石燃料の燃焼による高レベルの CO2 排出は、世界中で望ましくない気候変動、地球温暖化、深刻な環境ストレスを引き起こしています18。 その結果、CO2 排出量を削減し、CO2 ガスを商業製品に変換するための革新的なソリューションが必要となります19。 実際には、化学プロセスまたは電気化学プロセスによる CO2 の捕捉、抽出、精製、変換は、コストとエネルギー要件が高いために現在妨げられています 20。 CO2 隔離のための最も有望なアプローチは、元の CO2 ガスをアルコール、カルボン酸、アルデヒド、エステル、ケトン、パラフィン、または工業用の溶媒などの製品に変換することです 21,22。 これまでの研究では、巨視的なバッチ反応器が大気中の CO2 を電気化学的にメタノールに還元するために使用できることが示されています 23、24、25。 最近では、加工油、ディーゼル、またはその他の液体炭化水素混合物とは別に、煙道ガスからの CO2 は、ギ酸 (HCOOH)、ホルムアルデヒド (HCHO) などのさまざまな付加価値のある有機製品を製造するために電気化学的に還元されています。 )、およびメタノール (CH3OH)26、27、28、29。 さらに、海水の存在下で大気中の CO2 を炭化水素燃料に変換するための触媒支援逆水ガスシフト反応システムも開発されています30。 最近の研究では、電気化学セルが、ある区画で H2O を電気分解し、同時に別の区画で CO2 を還元することにより、カルボン酸、グリコール、およびカルボン酸塩化合物を生成できることが実証されています 31、32、33、34、35。 CO2 と H2O と風力や太陽照射などの代替エネルギー源との共電気分解を使用して、炭化水素燃料や工業用化学薬品を製造できることが実証されています 36、37、38。 文献報告によると、マイクロチャネルリアクターは電気化学的接触還元によってガルバーニ条件下で CO2 を削減できることが示されています 39,40。 温室効果のある CO2 ガスを付加価値のある炭化水素に効率的に変換することは、触媒を使用しない太陽光発電マイクロリアクター システムの開発によって実現可能です。