人工光合成の実現を目指した半導体-錯体ハイブリッド触媒の開発
二酸化炭素（CO 2)・水（H 2O）・太陽光を利用して有機物を合成する人工光合成の研究は，化石資源の枯渇，地球温暖化に向けた方策の1 つとして期待されている。しかしながら，数年前までは，H 2Oを利用して，CO 2を選択的に太陽光で還元された報告例はなかった。例えば，半導体光触媒では，水を電子源とした触媒反応が進行するが，水素が生成しやすいため，CO 2 還元反応の選択性は低い。一方，錯体触媒は高い選択性を有するが，電子を供与する犠牲剤が必要などの問題点があった。そこで筆者らは，半導体光触媒に，錯体触媒をCO 2 還元触媒部位として組み合わせたハイブリッド光触媒を設計し，そのコンセプトを実証した 1）。この半導体-錯体ハイブリッド触媒により，筆者らはこれまで困難であった太陽光を用いて，水を電子源としたCO 2還元反応に成功した 2）。最初の太陽光変換効率は約0.04% であった。
半導体-錯体ハイブリッド触媒のコンセプトは，汎用性が高く様々な半導体および錯体触媒に適用可能である。最近では，このコンセプトを応用し，図で示したような1 枚の板状デバイスにより，太陽光変換効率4.6% で，水を電子源かつプロトン源としてCO 2 をギ酸に還元することに成功している 3）。効率の向上には成功したが，生成物に関してはアルコールなど，より利用しやすい生成物が望まれる。そこで今後は，CO 2 還元触媒の開発が重要と考えられる。
開発したデバイスの動作写真（気泡は発生した酸素）
1） S. Sato, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 5101.
2） S. Sato, et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15240.
3） T. Arai, et al., Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1998.
佐藤俊介・荒井健男・森川健志 （株）豊田中央研究所