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アナウンスメント

「挑戦的研究賞」の受賞者紹介1

有機高分子半導体と金属錯体を融合した
CO2還元光触媒の創出
大学院理工学研究科・化学専攻・准教授
前田和彦


産業活動によって排出されるCO2を還元し、有用な燃料物質へと変換することは、循環型社会実現の観点から重要な課題である。CO2利用技術としては、これまで触媒法などが検討されてきたが、安定なCO2分子を化学変換するのには、高温高圧が必要となる。最近我々は、有機高分子半導体C3N4とCO2還元触媒となるRu錯体を融合したハイブリッド材料を光触媒とすることで、CO2を還元して高選択的にギ酸を得ることに成功した。本反応は、太陽光の主成分である可視光のエネルギーを利用して常温常圧下で進行する点で従来技術と一線を画するものである。


半導体光触媒を高効率化するためには(特に水などの弱い電子源を利用するには)、電子の還元力と正孔の酸化力を決めるエネルギーレベル(伝導帯と価電子帯)と反応場の面積等に関わる形態の精密な制御が重要となる。有機化合物や金属錯体は、エネルギーレベル(HOMO及びLUMO)の制御を含めた分子設計が無機物とは比較にならないほど容易であり、その光触媒への応用には無限の可能性を秘める。実際にこれまでの研究では、C3N4の柔軟な有機物の素地を利用した多孔質構造導入による高表面積化とRu錯体の分子設計を通じて、本系のCO2還元活性を大きく向上させることに成功し、可視光でCO2を還元する光触媒系における世界最高性能を達成した。

現在は、環境負荷の小さい水を電子源として駆動し、かつ半導体と金属錯体の両構成要素が地球に豊富な元素から構成される革新的ハイブリッド光触媒系の構築を目指し研究を進めている。



図

図. 有機高分子半導体/金属錯体ハイブリッド光触媒による可視光照射下でのCO2還元反応

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