近年、地球規(guī)模での CO2 排出量の年々の増加は、人々が生活する生態(tài)環(huán)境にとって深刻な脅威となっています。 (2018 年には 410 ppm でした – 米國海洋大気庁のハワイ諸島マウナロア火山の溫室効果ガス監(jiān)視ステーションからのデータ)。したがって、CO2 の回収、貯留、および変換は、研究者から広く注目されています。豊田中央研究所は、水と二酸化炭素を原料に太陽光を利用して有用物質(zhì)を合成し、エネルギー変換効率を世界最高の4.6%まで高めました。ドイツの BASF は、幅広い用途で二酸化炭素をカーボネート ポリマー材料に変換します。バイエルは、火力発電所からの煙道ガス中の二酸化炭素をポリウレタン材料の主原料として使用できます。炭酸塩の生産のための安定した觸媒市場がありますが、CO2 の利用はまだ十分ではありません。炭化水素燃料の変換は、まだアプリケーションの基礎(chǔ)研究段階にあります。中國の第 13 次 5 カ年計畫と気候変動に関する中米共同聲明は、「炭素削減」を建設(shè)目標(biāo)とし、CO2 ベースの燃料への転換を奨勵しています。そして、「第十三次五カ年」國家基礎(chǔ)研究特別計畫（國科発報〔2017〕162號）に盛り込む。太陽エネルギーを使用して、低コストで豊富な CO2 と水を炭化水素燃料に変換し、貯蔵が便利で、技術(shù)が成熟しており、応用分野が広く、需要が非常に大きいことは、環(huán)境に優(yōu)しい太陽化學(xué)変換技術(shù)です。

このような狀況下、國內(nèi)外でCO2削減の研究は數(shù)多く行われてきましたが、觸媒水素製造用半導(dǎo)體觸媒や、有機(jī)物の分解。觸媒反応または生成物の選択性は規(guī)制されています（Adv。Mater。2018、30、1704663）。しかし、觸媒反応やプロセス制御の実現(xiàn)は十分に成熟していません。ほとんどの研究者が使用している反応システムは、非標(biāo)準(zhǔn)の「セミカスタム」の裝置と分析システムです。したがって、著者は材料設(shè)計が重要であり、適切な反応システムと評価方法がより重要であると考えています。反応系とは、CO2還元反応に必要な光、電気、溶液、溫度、圧力などの環(huán)境條件を指します。検出方法とは、生成物の狀態(tài)（気體または液體、選択性、濃度など）、および炭素変換効率、光子効率を指します。

光觸媒作用、光電気觸媒作用、光熱觸媒作用、熱觸媒作用など、実現(xiàn)可能ないくつかの觸媒CO2削減戦略には、それぞれ獨自のメリットがあります。 CO2を光化學(xué)的に還元し、それを人間に有益な炭化水素燃料に変換する技術(shù)は特に魅力的です。常溫常圧で実施できるため、特定の溫度、常圧でも相乗効果が期待できます。必要なエネルギーは、太陽エネルギーなどの再生可能エネルギーによって直接的または間接的に提供でき、炭素はリサイクルできます。

図1バッチアンドフロー形式の觸媒反応器（Chem。Asian J. 2016、11、425 – 436）

リアクターを構(gòu)築するには2つの方法があります（図2を參照）。 １つは、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏなどの反応原料、觸媒または助觸媒を反応器に入れ、光、電気、熱などを觸媒に投入して反応を行う定容反応器である。 。 2つ目は、フローメソッドです。これは、供給ガスが特定の速度で反応器に導(dǎo)入され、特定の反応期間の後、反応器から流出するプロセスです。この研究では、反応器の材料は一般にポリテトラフルオロエチレン、石英ガラス、ステンレス鋼に分けられることがわかりました。 PTFEには、高強(qiáng)度、耐食性、優(yōu)れた密閉性という利點がありますが、溫度限界が低く、一般的には250度です。石英反応器は、溫度耐性と耐食性の利點がありますが、もろく、圧縮強(qiáng)度が低いです。金屬ステンレス鋼反応器は、耐圧性と処理の容易さという利點がありますが、反応物との反応が容易です。ニーズに合った適切なリアクターを選択できます。同時に、ガスまたは生成物を適時に導(dǎo)入または取り出すために、原料の注入を容易にするために、反応器の設(shè)計にいくつかの穴を開ける必要があります。

さらに、より一般的な反応形態(tài)は固液反応です。反応器では、CO2ガスの飽和溶液を原料として使用するか、電解質(zhì)を電気觸媒還元反応器に注入します（図2）。二酸化炭素の電気還元の固有の反応メカニズムには、固液相の三相境界の複雑な経路が含まれます。したがって、觸媒形狀の合理的な設(shè)計により、界面でのプロトンと電子の移動を促進(jìn)するために、できるだけ多くの反応サイトが可能になります。

図2 固気?固液反応の模式図 (Chem. Commun., 2016, 52, 35–59)

図3光電気觸媒CO2還元反応器の概略図（J. Photon。Energy。2017、7（1）、012005）

反応器內(nèi)の觸媒の処理は、材料の形態(tài)によって異なります。例えば、粉末材料を石英ガラスの表面に置くことができる。フィルム材料は、折りたたみ、パンチングなどによって反応器に入れることができる。バルク材料（多孔質(zhì)セラミック）は、ガスの通過によりガスと觸媒間の接觸率を高め、CO2の回復(fù)を?qū)g現(xiàn)します。

光源の選択：觸媒反応源の選択も非常に重要です。研究者が実効光パワー密度の問題に注意を払うことは価値があります。したがって、キセノンランプなどの購入した光源は、一般に、工場出荷時の電力が數(shù)太陽光強(qiáng)度（1太陽は1 kW / m2に相當(dāng)）を超えます。したがって、加熱フィルターで調(diào)整できます。反応を設(shè)計する前に、光パワーメーターを使用して実際の値をテストする必要があります。使用される光源の強(qiáng)度。

製品評価: 觸媒製品の評価は、システム全體の最後で最も重要な部分です。採取された製品は、一般的にオフライン（通稱「針式」）とオンライン（オンライン）に分類されます。検出裝置には、觸媒生成物の性質(zhì)にもよりますが、ガスクロマトグラフィー、質(zhì)量分析、液體クロマトグラフィーが一般的です。イェ?ジンファ教授、オジン教授、ゾウ?ジガン教授、ヤン?ペイドン、リー?カン教授、謝意教授、呉立竹教授、王新晨教授などの教授が広く使用されています。

この記事では、最近の研究で使用されている最も一般的なデバイスであるガスクロマトグラフィーに焦點を當(dāng)てています。コアコンポーネントには、通常、検出器、カラム、メタン改質(zhì)裝置、6方向バルブ、ループが含まれます。検出器は一般に2つのタイプ（水素炎検出器）FIDと（熱プール検出器）TCDを使用します。 FIDは炭素含有有機(jī)物を高感度で検出できますが、TCDは水素、一酸化炭素、二酸化炭素などを含むすべての化合物を検出できますが、感度角度（?1000 ppm）です。そのため、ほとんどの研究者はFID検出器の設(shè)置を選択し、反応過程での殘留CO2またはCOは、ニッケル觸媒を備えた変換爐で検出できます。さらに重要なのは、製品が気化した後、キャリアガスフローで使用されるカラムも異なり、これが検出感度に影響を與えることです。たとえば、FID検出器は一般にキャピラリカラムを使用し、TCD検出器はTDX01カラムを使用します。以下に示すクロマトグラムのデザインに示すように、國內(nèi)外の多くのメーカーが、Agilent、Tianmei、Yanuo、Fuliなどのカスタマイズされた製品を提供できます。もちろん、CO2削減の生成物は非常に複雑であるため、H2やCOなどの小さな分子だけでなく、C1、CH3OH、ギ酸、C1やC2などのエタノールなどの有機(jī)分子もあります。シングルカラム検出器は一度に完全に検出することはできず、TCDとTCDが必要です。 FIDが組み合わされ、異なるタイプのカラムが一緒に使用されます。

CO2の炭化水素への接觸還元は、エネルギーと環(huán)境問題を緩和するグリーンな手段になりました。長年の研究に基づいて、Xiaobianは觸媒反応システムと製品評価の重要な知識をまとめており、同じ分野の研究者が高効率觸媒の設(shè)計のための優(yōu)れたプラットフォームを提供できるよう支援したいと考えています。