札幌の近況 & 配位高分子からなる可視光応答型の固体光触媒 etc

2022.09.11

テーマ：気になる技術動向(1285)

カテゴリ：気になる技術情報

今日10日の札幌の天気は晴れ。　
　空気が澄んでいてとても過ごしやすい1日でした。

＜気になる技術情報＞
〇 東京工業大学、関西学院大学　2022年9月2日　東工大ニュース

　　可視光を駆動力とした高選択的かつ高効率な二酸化炭素変換を実現

　　貴金属・希少金属を用いない固体光触媒の開発を加速
　　出典：https://www.titech.ac.jp/news/2022/064785
【概要】
　　東京工業大学理学院 化学系と関西学院大学理学部 化学科の研究グループが、
　　鉛-硫黄結合を有する配位高分子からなる可視光応答型の固体光触媒を開発し、
　　貴金属や希少金属を用いない触媒として、従来にない高効率でCO2からギ酸
　　への変換を行うことに成功した。
【背景】

　　光エネルギーを利用してCO2を有用な化学物質に変換する「人工光合成」の
　　実用化に向け、これまでさまざまな固体や分子を用いた光触媒の研究が盛ん
　　に行われてきた。
　　しかし、これまで開発されてきた可視光応答型のCO2変換光触媒システムの
　　ほとんどは、ルテニウムや銀といった貴金属や希少金属を必要としており、
　　よりコストがかからず、潤沢に入手可能な普遍元素を使った固体光触媒の開発
　　が待たれていた。　
【成果】　

　　金属イオンなどの周囲に非金属イオンなどの配位子が立体的に結合したものは
　　錯体と呼ばれ、イオンと複数の結合部位を持った高分子の配位子からなる錯体
　　が、連続的に連なってできるものを配位高分子という。　
　　配位高分子は、含まれる金属イオンと配位子の組合せによってさまざまな性質
　　を発現し、特殊な触媒などとしても利用される。　
　　また配位高分子の中には、比較的大きな比表面積を有するものがあり、それら
　　は高い活性を示す触媒になる。　
　　本研究グループは、普遍元素である鉛を中心金属とし、硫黄と鉛の無限結合を
　　有する配位高分子に注目し、CO2変換の固体光触媒として応用。　
　　可視光を照射することで、99%以上の高い選択率でCO2を水素の貯蔵に有用な
　　ギ酸へと変換することに成功。
　　さらに同触媒は、みかけの量子収率についても、CO2をギ酸へと変換する単一
　　成分の固体光触媒のうち、貴金属・希少金属を使わないもので最も高い値を示
　　した。

　　図1.　本研究で注目した配位高分子の（a）反応スキームと（b,c）構造。
　　　　　　(b)からa軸方向に、(c)からc軸方向に鉛（Pb, 緑）と硫黄（S, 黄色）
　　　　　　の結合が2次元的に無限に連なっていることがわかる。

　図2.　見かけの量子収率の作用スペクトルとKGF-9の吸収。
　　　 KGF-9の吸収（赤線）が500nm付近から立ち上がっているのに対し
　　　　　ギ酸生成の見かけの量子収率（青点）も同様に500 nmからその値
　　　　　が立ち上がっているため光触媒KGF-9が吸収した光エネルギーが
　　　　　光触媒反応に利用されていることを示している。

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