東工大、炭素と窒素を主触媒とした人工光合成に成功

2017年6月12日 07:38

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シート状C3N4とRu複核錯体を組み合わせた複合光触媒によるCO2還元。(画像:東京工業大学発表資料より)

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 東京工業大学などの研究グループは、ルテニウム(Ru)複核錯体と窒化炭素からなる融合光触媒を用いると、可視光照射下において、二酸化炭素を高効率でギ酸に変換できることを発見した。

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 人工光合成、つまり金属錯体や半導体を光触媒としたCO2還元は、このギ酸や一酸化炭素などの有用物質を常温常圧化で製造するための手段として、30年以上も前から世界で広く研究の対象となってきた。

 ちなみにギ酸というのは防腐剤や抗菌剤などに用いられるもので、これ自体は既に商業的に工業生産されており、水溶液の形で市販もされている。

 今回触媒に用いられたルテニウムは、白金族元素の一つであり、貴金属、レアメタルである。プラチナの鉱石に少量含有されているほか、合金の状態(自然ルテニウムという)で発見されることもあり、日本でも北海道の雨竜川というところで発見された例がある。

 さて、今回の研究の大きな特徴は、触媒に利用される窒素と炭素がほぼ資源的制約と無縁であり、また、太陽光をエネルギー源として、地球温暖化の主因とされる二酸化炭素を、常温常圧化で有用な化学物質に変換できる筋道の可能性が示されたということだ。

 今回の研究に先立っては、有機高分子半導体である窒化炭素(C3N4)とRu錯体を融合してハイブリッド材料として用いることで、人工光合成に成功してはいた。しかし、耐久性と、効率の面で問題があった。そこで、さらなる効率化を図るために、触媒の新しい合成手法を開発したのだ。

 今後の研究の展望としては、ギ酸だけではなく、一酸化炭素(有毒物質として有名であるが、化学燃料として高い価値を持っている)を得ることも可能になるのではないかという。

 なお、研究の詳細はAngewandte Chemie誌に掲載されている。(藤沢文太)

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