斬新な缶

東工大の研究者らは、可視光下で光触媒作用により二酸化炭素（CO2）をギ酸塩に還元できるスズベースの有機金属構造体（MOF）を開発した。 スズベースの MOF は、9.8% という高い見かけの量子収率を示し、追加の光増感剤を必要とせずに極めて選択的な光還元を実行しました。 現在、CO2を有用な化学物質に還元するためのほとんどの金属錯体は高価で希少な貴金属を使用しているため、これは非常に有用であることが判明する可能性があります。

この研究に関する論文は、Angewandte Chemie、International Edition に掲載されています。

経済を推進するために炭素を豊富に含む燃料に対する継続的な需要により、大気中にさらに多くの二酸化炭素（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開発しています。 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。

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構造体（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の分子ユニットに統合することは、長年の課題であり続けています。 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。

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。 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% という史上最高の見かけの量子収率 (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可能性がある。

リソース

Yoshinobu Kamakura, Chomponoot Suppaso, Issei Yamamoto, Ryusuke Mizuochi, Yusuke Asai, Teruki Motohashi, Daisuke Tanaka, and Kazuhiko Maeda1 (2023) "Tin(II)-Based Metal–Organic Frameworks Enabling Efficient, Selective Reduction of CO2 to Formate under Visible Light" Angewandte Chemie, International Edition doi: 10.1002/anie.202305923

投稿日: 2023 年 6 月 5 日 カテゴリー: 炭素回収および変換 (CCC), 燃料, 市場の背景, 材料 | パーマリンク | コメント (2)