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公開番号2024111937
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-20
出願番号2023016680
出願日2023-02-07
発明の名称反応装置
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類B01J 19/12 20060101AFI20240813BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】反応装置において、反応のエネルギー効率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】二酸化炭素の還元反応が行われる反応装置は、二酸化炭素と反応する反応物質、および二酸化炭素が供給される反応槽と、反応槽内に赤外レーザーパルスを照射する赤外レーザーパルス照射部と、を備え、赤外レーザーパルス照射部から発生される赤外レーザーパルスは、二酸化炭素、および反応物質の少なくともいずれか一方の振動励起波長に対応する波長を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素の還元反応が行われる反応装置であって、
二酸化炭素と反応する反応物質、および二酸化炭素が供給される反応槽と、
前記反応槽内に赤外レーザーパルスを照射する赤外レーザーパルス照射部と、
を備え、
前記赤外レーザーパルス照射部から発生される前記赤外レーザーパルスは、二酸化炭素、および前記反応物質の少なくともいずれか一方の振動励起波長に対応する波長を含む、
反応装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
請求項１に記載の反応装置であって、
前記赤外レーザーパルス照射部から発生される前記赤外レーザーパルスは、
二酸化炭素の対称伸縮振動励起、および非対称伸縮振動励起の少なくともいずれか一方に対応する５００ｃｍ
-1
～３８００ｃｍ
-1
の波長帯の光を含む、
反応装置。
【請求項３】
請求項１に記載の反応装置であって、
前記赤外レーザーパルス照射部から発生される前記赤外レーザーパルスのパルス幅は、二酸化炭素と前記反応物質との衝突が起こる平均自由時間以下である、
反応装置。
【請求項４】
請求項１に記載の反応装置であって、
前記赤外レーザーパルス照射部は、互いに波長が異なる３種の赤外レーザーパルスを発生可能であり、
さらに、
前記赤外レーザーパルス照射部を制御して、前記３種の赤外レーザーパルスを順に照射させる制御部を備え、
前記３種の赤外レーザーパルスの波数は、それぞれ、
１）二酸化炭素の非対称伸縮振動励起に対応する１６００ｃｍ
-1
～２８００ｃｍ
-1
２）二酸化炭素の非対称伸縮振動励起および非対称伸縮振動励起に対応する５００ｃｍ
-1
～１６００ｃｍ
-1
３）二酸化炭素の非対称伸縮振動励起および非対称伸縮振動励起に対応する２８００ｃｍ
-1
～３８００ｃｍ
-1
である、
反応装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の反応装置であって、
さらに、
前記反応槽と接続され、前記反応槽に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記反応槽と接続され、前記反応槽に前記反応物質を供給する反応物質供給部と、
を備える、
反応装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、二酸化炭素を反応させる反応装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の原因とされる二酸化炭素の排出量削減のため、さまざまな取り組みが行われている。例えば、二酸化炭素を他の物質と反応させることにより、大気中に排出される二酸化炭素量を低減する技術が研究されている。
【０００３】
例えば、二酸化炭素の振動励起により二酸化炭素の還元反応を促進する技術が研究されている。具体的には、特許文献１および非特許文献１には、プラズマを用いて二酸化炭素を振動励起する技術が開示されている。非特許文献２には、二酸化炭素の変角振動励起が銅表面でのＥＲ型反応を駆動することが開示されている。
【０００４】
また、光照射により二酸化炭素の還元反応を促進する技術も研究されている。特許文献２には、太陽光などに含まれる紫外光を反応容器中の光触媒に照射し、生じた光励起電子により二酸化炭素を還元する技術が開示されている。特許文献３には、太陽光の照射により、二酸化炭素、およびその反応物である炭素材を加熱、活性化し、紫外光の照射により二酸化炭素を還元する技術が開示されている。特許文献４には、光触媒を用いた二酸化炭素還元技術であって、二酸化炭素の非対称伸縮励起に対応する４．３μｍの赤外レーザー光の連続光を照射することで、二酸化炭素を振動励起し還元反応を促進する技術が開示されている。非特許文献３には、チタンサファイアレーザーの基本波と二次高調波を用いて、二酸化炭素分子から酸素原子を解離させる研究が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９－２０２１５４号公報
特許第６３６２０１０号
特開２０１２－１０１９８６号公報
特許第５７６３５８６号
【非特許文献】
【０００６】
Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０２２，１４４，３１，１４１４０－１４１４９
Ｎａｔ．Ｃｈｅｍ．，２０１９，１１．８：７２２－７２９．
Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，２０１７，１９，３５５０－３５５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、および非特許文献１に記載の技術では、二酸化炭素の振動励起にプラズマを用いている。プラズマを発生させるには高圧電界により原子から電子を引き離す必要があり、その際必要なエネルギーは水素分子で１４８８ｋＪ／ｍｏｌ、二酸化炭素分子で５２２０７ｋＪ／ｍｏｌである。一方、二酸化炭素分子から酸素原子を解離させるのに必要なエネルギーは５３１．４ｋＪ／ｍｏｌであり、プラズマ生成に要するエネルギーは反応のエネルギーを大幅に上回る。
【０００８】
非特許文献２は、反応機構の解明に終始しており、どのように振動励起を誘起するかという点に関しての言及はない。
【０００９】
特許文献２、および特許文献３の技術では、効率的、選択的な振動励起を引き起こすことができず、二酸化炭素の還元反応におけるエネルギー効率に問題があった。特許文献４に記載の技術では、分子振動の励起は起こるものの、自発的に反応が起こるほど高振動状態に至る分子はほとんど存在せず、光触媒による還元が必要であった。非特許文献３に記載の技術では、二酸化炭素の還元反応を起こすには高強度のパルスレーザーを照射する必要があり、多くのエネルギーを要する。
【００１０】
本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、反応装置において、反応のエネルギー効率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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