ポリマー被覆がMXeneを保護、二酸化炭素からメタンへの生成量を増加

Phys.orgによると、DGIST（大邱慶北科学技術院）エネルギー科学工学科のイン・スイル教授が率いる研究チームは、MXeneの安定性を高める光触媒技術を開発した。MXeneは優れた電気伝導性を持つ二次元ナノ材料だ。チームは、韓国交通大学校のイン・インシク教授、漢陽大学校のイ・テギョン教授、タイのチュラロンコン大学のスーラテップ・ケアウホム教授が率いるグループと共同研究した。

Phys.orgによると、MXeneは水と酸素に触れると酸化しやすく、性能が低下する。チームは、有機ポリマーをMXene表面に結合させて保護層を形成する表面修飾技術を適用した。Phys.orgは、被覆した材料が水の存在する環境でも安定した性能を維持したと報じた。

チームは、表面修飾MXene（f-MXene）に、光に触れると化学反応を引き起こす還元TiO₂（RT）と銅（Cu）ナノ粒子を組み合わせた。光触媒は光を使って化学反応を進める材料だ。Phys.orgによると、MXeneは電子移動（電子の動き）を促進し、銅は二酸化炭素をメタンに変換する反応を促す。

Phys.orgによると、実験結果は、Cu/f-MXene/RT光触媒がメタンを18.1 μmol/g（マイクロモル毎グラム）生成し、RT単独の約200倍の性能だったことを示した。Phys.orgは、実験と理論計算により、表面修飾MXeneと銅ナノ粒子がどのように電子移動を促進し、メタン生成を促すかを確認したと報じた。

イン・スイル教授は、水と光に弱いとされるMXeneの表面を制御することで、研究は光触媒の安定性と二酸化炭素変換性能を同時に高めたと述べた。同教授は、チームはこの技術が、太陽光を使って二酸化炭素をメタンなどの有用な燃料に変換する炭素資源変換に利用されることを期待していると語った。

キム・ドンユン氏らによる論文は「Surface-Functionalized MXene for Enhanced Photocatalytic CO₂ Reduction」と題され、DOI 10.1002/aenm.71560でAdvanced Energy Materialsに掲載された。Phys.orgは、同記事が大邱慶北科学技術院から提供されたと述べた。