Development of innovative photocatalytic systems for utilizing CO2

点击翻译按钮获取中文摘要

我々が開発したRu(II)錯体光増感剤とRu(II)触媒を組織的にNiO電極上に固定化した色素増感分子光カソードを 、Snポルフィリンを光触媒として用いた分子光アノードを組み合わせることで、分子光触媒の組み合わせで水によるCO2還元を駆動する光触媒システムを世界に先駆けて開発した。この光電気化セルの両極に可視光を照射するとZ-スキーム型の電子移動が進行し、光カソード上でCO2からギ酸及びCOが、一方光アノード上では、水が酸化され過酸化水素が高選択的に生成した。このように、CO2と水から、可視光をエネルギーとしてCO、ギ酸と過酸化水素を光触媒的に生成させることに成功した。これも世界で初めて達成された光触媒反応である。色素増感分子光カソードに、より長波長部に吸収を有するOs(II)錯体を付加的に導入することで可視光領域を満遍なく使用可能にするために、三種の異なるジイミン配位子を有するOs(II)錯体の合成に成功した。しかし、まだ収率が低いので合成法を改善することが必要である。Re錯体触媒上でのCO2還元機構の解明を更に進めた。2020年度までの研究で、Ru(II)錯体部を光増感部、Re(I)錯体を触媒部に持つ超分子光触媒において、光増感部の光還元と、それに伴って進行する分子内電子移動反応の速度論について明らかにした。本年度は、上記光化学的還元によって生成したRe錯体触媒の1電子還元種の挙動を、時間分解分光法及び定常光を照射しながら各種スペクトルを測定することにより追跡することで、元のRe(I)錯体が2電子還元された二種の中間体を特定することに成功した。一つ目はカルボキシレート錯体であり、もう一つはテトラカルボニル錯体である。このようにRe錯体を触媒として用いた光触媒系において、これらの中間体を直接観測できたのは世界に先駆けた成果である。