东工大用铜锰络合物光触媒高效还原CO2

新技术 2018年12月07日
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日本东京工业大学与日本产业技术综合研究所通过共同研究发现,向由铜络合物和锰络合物构成的光触媒照射可见光,能将二氧化碳(CO2)高效率还原成一氧化碳(CO)和甲酸(HCOOH)。转换效率和耐久性远远高于此前已知的采用普通金属即贱金属的光触媒,与采用钌和铼等贵金属及稀有金属的高效率金属络合物相同或更高。

为应对地球变暖,目前亟需开发一种能将温室气体二氧化碳还原成资源的技术。高效率的二氧化碳还原光触媒此前一直采用贵金属和稀有金属,利用光触媒将二氧化碳大规模还原成资源这种方法的一个瓶颈。此次仅利用铜和锰的络合物就成功制作了新型光触媒,拥有与以往的高效率光触媒相比只高不低的特性,为作为地球变暖对策的人工光合作用系统的大规模化开辟了道路。

相关研究成果于2018年11月27日发表在美国化学学会的期刊《美国化学会志》上。

<研究背景>

全球每年排放的二氧化碳约330亿吨。二氧化碳作为温室气体必须大幅削减,但现有的高性能光触媒因材料成本过高等问题,基本无法利用。业界从元素战略的角度出发,积极展开了光触媒相关开发研究,但此前开发的高效率二氧化碳还原光触媒反应必须采用铼等稀有金属、或者钌等贵金属作为光触媒。而采用贱金属的二氧化碳还原光触媒耐久性比较低,效率也无法令人满意。

<研究成果>

研发小组在日本科学技术振兴机构(JST)的战略性创造研究推进事业的支援下,制作了由铜络合物和锰络合物构成的光触媒,通过试验发现,向其照射可见光就能将二氧化碳高效率还原成一氧化碳(CO)和甲酸(HCOOH),量子产率为57%,转换次数达到1300次以上。效率和耐久性远远高于已知的其他采用贱金属的光触媒,与采用钌(Ru)和铼(Re)等贵金属及稀有金属的高效率金属络合物相同或者更高。

组合使用铜络合物和锰络合物的二氧化碳还原光触媒反应

图:组合使用铜络合物和锰络合物的二氧化碳还原光触媒反应

此次开发了组合使用发光铜络合物和锰络合物的光触媒系统,通过照射可见光,成功地在常温常压下将二氧化碳高效率还原成资源。此次的光触媒系统拥有完全不输于采用贵金属的现有高效率光触媒的特性。

<未来展望>

此次的研究在全球首次证实,可以采用铜和锰等地球上大量存在的材料群,以太阳光为能源高效率还原二氧化碳。今后计划提高新型光触媒的功能,并使其与利用地球上大量存在的廉价的水作为还原剂的半导体光触媒融合。

文 JST客观日本编辑部

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