ノベルスズ

Jan 06, 2024

経済を推進するための炭素豊富な燃料への終わりのない需要により、大気中にますます多くの二酸化炭素 (CO2) が追加され続けています。 CO2 排出量を削減する取り組みが行われていますが、それだけでは大気中にすでに存在するガスの悪影響に対抗することはできません。 そこで科学者たちは、大気中の既存の CO2 をギ酸 (HCOOH) やメタノールなどの有用な化学物質に変換して利用する革新的な方法を考案しました。 このような変換を実行する一般的な方法は、光触媒を介して CO2 の光還元を促進するために可視光を使用することです。

最近の躍進で 2023年5月8日にAngewandte Chemie国際版に発表された論文によると、東京工業大学の前田和彦教授率いる研究チームは、CO2の選択的光還元を可能にするスズベースの金属有機骨格（MOF）を開発した。 彼らは、式 [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: トリチオシアヌル酸、MeOH: メタノール) を持つ、KGF-10 と呼ばれる新しいスズ (Sn) ベースの MOF を報告しました。 可視光の存在下で CO2 を HCOOH に還元することに成功しました。 「可視光で駆動する高性能のCO2削減光触媒の多くは、希少貴金属を主成分としています。さらに、光吸収と触媒作用の機能を豊富な金属で構成される単一分子ユニットに統合することが長年の課題でした。したがって、両方の課題を克服できる Sn が理想的な候補でした」と前田氏は説明します。

金属と有機材料の両方の長所を生かしたMOFは、従来の希土類金属ベースの光触媒に代わる、より持続可能な代替品として研究されています。 Sn は、光触媒反応中に触媒と吸収剤の両方として機能する能力で知られており、MOF ベースの光触媒の有望な候補となる可能性があります。 ジルコニウム、鉄、鉛で構成される MOF は広く研究されていますが、Sn ベースの MOF についてはあまり知られていません。

Sn ベースの MOF KGF-10 を合成するために、研究者らは出発原料として H3ttc、MeOH、塩化スズを使用し、1,3-ジメチル-2-フェニル-2,3-ジヒドロ-1H-ベンゾ[d]イミダゾールを選択しました。電子供与体および水素源として。 次いで、調製されたKGF-10をいくつかの分析技術に供した。 彼らは、この材料が中程度の CO2 吸着能力を示し、2.5 eV のバンドギャップを持ち、可視光の波長を吸収することを明らかにしました。

新しい材料の物理的および化学的特性を知ると、科学者は可視光の存在下で CO2 の削減を触媒するためにそれを使用しました。 彼らは、KGF-10 が追加の光増感剤や触媒を必要とせずに、99% の選択率で CO2 をギ酸塩 (HCOO-) に還元することに成功したことを発見しました。 また、400 nm で 9.8 パーセントという記録的な見かけの量子収率 (入射光子の総数に対する反応に関与する電子の数の比率) も示しました。 さらに、反応中に行われた構造解析により、KGF-10 が光触媒還元を促進しながら構造変化を起こしたことが明らかになりました。

この研究は、可視光によってCO2をギ酸塩に還元するための、錫ベースの高性能、貴金属フリーの単一成分光触媒を初めて発表しました。 研究チームが実証したKGF-10の優れた特性は、太陽エネルギーによるCO2削減などの反応における光触媒としての応用に新たな道を開くだろう。 「私たちの研究結果は、MOFが、無毒で安価で地球に豊富に存在する金属を使用して、分子金属錯体では通常達成できない優れた光触媒機能を生み出すためのプラットフォームとなり得るという事実を証明しています」と前田氏は結論づけた。

・本プレスリリースは東京工業大学より提供されました。