エネルギー構造を制御した有機高分子光触媒による高効率CO2変換の実証 ―貴金属に頼らない人工光合成系の実現に向けて―

物質エネルギー化学専攻の中田 明伸 講師、石原 弘太郎 修士課程学生（当時）、阿部 竜 教授らのグループは、大阪大学 佐伯 昭紀 教授、岡山大学 山方 啓 教授と共同で「高効率二酸化炭素変換を進行する錯体触媒内蔵型の有機高分子光触媒」を開発しました。

緑色植物の光合成反応を模倣し、光エネルギーにより二酸化炭素（CO₂）を変換する優れた光触媒の開発が期待されています。光反応の効率を示す指標の一つである反応量子収率が30%を超える値が報告されている、比較的高効率なCO₂変換用光触媒には、ルテニウムやレニウムなどの希少金属が光吸収部位として用いられてきました。本研究では、炭素・窒素・水素・酸素・硫黄からなる有機高分子を光吸収部位とした光触媒により、30%を超える量子収率でCO₂のギ酸への変換を実証しました。多様な共役系有機分子団を原料とし、そのエネルギー準位に着目して適切に連結させ、多段階のエネルギー傾斜を光触媒内に導入することで、貴金属に頼ることなく光触媒の高効率化に不可欠な電荷分離を実現しました。光触媒構造を最適化することで、可視光の照射によるCO₂変換の量子収率は最大32.2%に達し、0.48 モル毎リットルの高濃度なギ酸を生成することに成功しました。

本研究成果は、2025年6月9日（アメリカ時間）に、国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。

研究詳細

エネルギー構造を制御した有機高分子光触媒による高効率CO2変換の実証 ―貴金属に頼らない人工光合成系の実現に向けて―

研究者情報

• 中田　明伸　　京都大学教育研究活動データベース
• 阿部　竜　　　京都大学教育研究活動データベース

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物質エネルギー化学専攻