東京工業大学の竹田浩之特任助教らの研究グループは、産業技術総合研究所と共同で、銅錯体とマンガン錯体から成る光触媒に可視光を照射することにより二酸化炭素を高効率に資源化することに成功した。地球温暖化対策としての人工光合成システムの大規模化が期待される。

 世界で排出される二酸化炭素(CO2)は年間300億トン以上とされる。二酸化炭素を還元する光触媒技術は人工光合成と呼ばれ、実用化すれば、温室効果ガスとなるCO2の大気中濃度を抑制し、将来的には化石資源の代替ともなり得る。しかし、既存の高性能光触媒は素材コストの問題から利用度が低く、卑金属を用いたCO2還元光触媒は耐久性が低く効率も不十分だった。

 研究グループは今回、発光性の銅錯体とマンガン錯体とを組み合わせた光触媒システムを開発、可視光を照射して常温常圧で二酸化炭素を一酸化炭素(CO)やギ酸(HCOOH)へ高効率に還元することに成功した。照射した光の量に対する反応生成物の分子数の割合である量子収率は57%、触媒が反応中何回機能したかを表すターンオーバー数は1300回以上で、効率・耐久性の高さを示している。これらの数値は卑金属による他の光触媒を大幅に上回り、ルテニウム(Ru)やレニウム(Re)などの貴金属や稀少金属による高効率金属錯体と同等以上である。

 銅は電線や十円玉の原料に、マンガンは乾電池の正極に使用される採掘量の多い安価な金属だ。今回、このような豊富で低コストの卑金属のみの光触媒でも、高効率なCO2還元光触媒反応を進められることが分かった。

 今後は、この新たな光触媒の機能向上を図り、地球上に多量に存在する安価な水を還元剤として用いる半導体光触媒との融合を目指すとしている。

論文情報:【Journal of the American Chemical Society】Highly Efficient and Robust Photocatalytic Systems for CO2 Reduction Consisting of a Cu(I) Photosensitiser and Mn(I) Catalysts

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