科学技術振興機構の広報誌「JSTnews」 第125回

【JSTnews9月号掲載】NEWS&TOPICS　戦略的創造研究推進事業ACT-X 研究領域「トランススケールな理解で切り拓く革新的マテリアル」／研究課題「トポケミカル電解法による熱非平衡金属間化合物の創製」

二酸化炭素を資源に変える新触媒、新しい合金を電気で合成

　2種類以上の金属元素が一定の組成比で規則正しく配列した金属間化合物は、触媒や電子材料など幅広い分野で使われています。特に、熱力学的に安定な状態にない「準安定相」の金属間化合物は、特異な電子状態や反応特性を示す可能性があることから、新しい機能材料として注目されています。しかし、準安定相の物質は安定した状態へと容易に変化するため、一般的には合成は困難です。

　東京都立大学大学院理学研究科の吉川聡一助教らの研究チームは、電気化学反応を利用することで、準安定相にある銅（Cu）-インジウム（In）の金属間化合物CuIn₂を、ナノ粒子として合成することに成功しました。研究チームは、CuとInを原子レベルで均一に含む複合金属酸化物（Cu₂In₂O₅）に着目。Cu₂In₂O₅を電極触媒として用いて電気化学反応によって還元し、還元前後の試料についてX線回折測定や電子顕微鏡観察をしたところ、熱力学的に安定な金属間化合物Cu₂Inだけでなく、準安定な金属間化合物CuIn₂が形成されていることを見いだしました。さらに、得られた粒子の二酸化炭素（CO₂）還元性能を評価したところ、水素（H₂）発生の反応が大きく抑制され、一酸化炭素（CO）と、フォルメート（HCOO－）を生成することがわかりました。

　この成果は、これまでになかった組成や構造を持つ金属間化合物を電気化学反応によって作る道筋を示すものです。また、今回得られたCuIn₂が、CO₂を資源に変える新たな触媒として有望となる可能性もあります。

Cu₂In₂O₅の電気化学還元反応により、安定相の金属間化合物であるCu₂Inと準安定相のCuIn₂を合成した（上）。下は得られたナノ粒子の電子顕微鏡画像。粒子表面にCuIn₂が形成され、内部にCu₂Inが存在する。

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