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二酸化炭素→燃料転換時
触媒原子レベルの相互作用設計により
生成物と反応経路が変化する原理を解明

[大邱=ニューシス] 朴俊記者＝大邱慶北科学技術院（DGIST）エネルギー工学科のイ・スイル教授研究チームは9日、太陽光エネルギーを利用して二酸化炭素を燃料に変換する際、触媒原子レベルでの相互作用設計によって生成物と反応経路が変化する原理を解明したと明らかにした。

代表的な温室効果ガスである二酸化炭素（CO2）を有用な燃料や化学原料に変える技術は、カーボンニュートラル社会を実現するための核心課題だ。

また太陽光を利用して温室効果ガスを資源化する人工光合成技術が注目されているが、これまで反応効率を高め、目的の生成物のみを得る選択性を確保するのに困難があった。

研究チームはこの問題を解決するため、二酸化チタン（TiO2）という物質表面に鉄（Fe）と銅（Cu）原子をそれぞれ一つずつ分離配置した単原子触媒システムを設計した。

単原子触媒は金属原子が個別に分散しているため、極めて微細なレベルで電子の動きを制御できる利点がある。

研究の結果、どの金属原子を使用するかによって生成される結果物が完全に異なることが判明した。

鉄(Fe)原子を使用した場合、一酸化炭素(CO)が従来比55.7倍も多く生産された。

一方、銅（Cu）原子を使用した場合、光を受けた際に触媒表面から酸素が抜けた空孔（酸素空孔）がより形成されやすく、メタン（CH4）やエタン（C2H6）などの炭化水素燃料が最大44.5倍増加した。

研究チームは、先端分析装置（XAFS、DRIFTS）と理論計算（DFT）を通じて、金属原子が触媒内部の電子構造をどのように変化させ、これがどのように異なる反応経路を生み出すかを科学的に証明した。

特に銅原子が複数の電子を反応に参加させ、炭素同士の結合を助けるのに有利である点を明らかにした。

今回の研究は、単に触媒の欠陥を利用する従来の手法を超え、原子レベルで電子構造を調節し、目的の生成物を選択的に得られる新たな設計指針を示した点で大きな意義がある。

DGISTエネルギー工学科のイン・スイル教授は「今回の研究は金属原子と支持体間の相互作用を精密に制御し、二酸化炭素還元経路を直接設計できることを示した事例」とし、「今後、太陽光を活用した炭素資源化技術の効率を高め、気候危機対応のための核心戦略として活用されることを期待する」と述べた。

一方、ソウル大学のヒョン・テクファン教授、高麗大学のイ・ビョンフン教授、慶熙大学のキム・ミンホ教授の研究チームと共同で進めた今回の研究は、科学技術情報通信部と韓国研究財団の中堅研究者支援事業、イノコア(InnoCORE)プログラム、基礎科学研究院(IBS)の研究運営費支援などを通じて実施された。

研究成果は自然科学及び工学分野の世界的学術誌であるアドバンスト・サイエンス（Advanced Science）に掲載された。

june@newsis.com

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原文記事
出所：ニューシース(2026.02.09)

**本内容は上記のウェブ版に掲載されている記事を訳したものです。