日本築波大學的伊藤良一副教授等人組成的研究團隊開發出了利用溫室氣體二氧化碳（CO2）高效製作化學原料甲酸（甲酸）的方法。該方法在用電還原二氧化碳時使用的電極表面塗覆了容易吸附二氧化碳的物質，與採用金屬錫片的傳統電極相比，甲酸的合成速度達到了24倍。作爲從電廠等含二氧化碳的廢氣中獲得有機物質的方法，計劃10年内實施實用化。
有很多小孔的錫的電子顯微鏡影像（圖片由築波大學的伊藤副教授提供）
爲完成日本政府提出的2050年實施溫室氣體淨零排放目標，利用二氧化碳高效生產甲烷、甲醇和甲酸等有用物質的研究相當活躍。結構簡單的酸——甲酸除了用於農藥等之外，還有望作爲儲存和運輸氫的手段。
研究團隊改良了利用錫片製作的電極。先在錫片上形成很多小孔，增加與二氧化碳的接觸面積，然後在電極表面塗覆具有二氧化碳吸收能力的聚合體材料聚乙二醇（PEG）。
研究團隊以該電極爲陰極，以金爲陽極，通電後利用二氧化碳製作出了甲酸。按1平方公尺換算，每小時可以合成360毫升的甲酸。這個合成速度是使用錫片電極時的24倍，與不塗覆PEG，但有很多小孔的氧化錫電極相比，速度也能達到1.5倍。
研究團隊透過類比實驗應答了二氧化碳分子的運動，表明PEG可以高效聚集二氧化碳，使其到達錫表面。
| 二氧化碳的回收再利用方法示例 |
| 製作甲酸、甲醇和塑膠 |
| 利用進行光合作用的“藻類”製作生物燃料 |
| 利用陽光進行人工光合作用製作有機物質 |
| 摻雜混凝土中 |
通常情況下，爲了快速獲得大量生成物而提高電壓的話，純度就會下降。過去將二氧化碳溶解到碳酸氫鉀水溶液中，插入電極並提高電壓進行合成時，除甲酸外還容易生成甲烷和甲醇等化合物，而採用新電極能以99％的比例獲得甲酸。
另外，電極採用稀有金屬銦的話可以高效合成甲酸，但銦的價格非常昂貴。研究團隊認爲，此次開發的僅在便宜的錫上塗覆PEG即可提高合成效率的方法更有應用前景。
當然也有課題存在，目前需要先將二氧化碳溶解到液體中，然後再進行反應，這樣會相應地增加成本。今後的目標是改良成能直接利用電廠和工廠等的廢氣中所含二氧化碳的方法。
把容易吸收二氧化碳的物質塗覆到電極上的方法「在製作甲醇等其他物質時也可以使用」（伊藤副教授），此外還有望用於利用太陽光等能源從二氧化碳中獲得有機物質的人工光合作用研究。
日文：北川舞，《日經產業新聞》，2021/08/18
中文：JST客觀日本編輯部
