东京工业大学石谷修教授领导的研究小组与法国巴黎第七大学合作发现,当由有机半导体材料和铁络合物制成的光催化剂受到可见光照射时,二氧化碳(CO7)转化为有用的一氧化碳(我们发现CO)被选择性还原为CO。
近年来,世界各地开发出了一种名为“人工光合作用”的技术,该技术利用金属络合物和半导体作为光催化剂来减少二氧化碳并将其转化为资源。如果投入实际应用,将有可能利用阳光作为能源,将导致全球变暖的主要原因二氧化碳转化为有用的碳资源。含有贵金属和稀有金属(例如钌和铼)的络合物和无机半导体已被用作表现出高活性的光催化剂。然而,由于二氧化碳的含量巨大,因此有必要仅使用容易获得的元素来构建新型光催化剂。
研究小组发现,当氮化碳(一种由碳和氮组成的有机半导体)与铁络合物结合用作光催化剂时,可以高效地将CO2还原为CO。在这种光催化反应中,氮化碳吸收可见光并驱动电子从还原剂转移到催化剂(铁络合物)。利用电子,铁络合物将 CO2 还原为 CO。各项性能指标与使用贵金属和稀有金属配合物的光催化剂几乎相同,并且比使用贱金属或有机分子的光催化剂高10倍以上。
这项研究首次证明,即使使用地球上大量存在的碳、氮和铁等材料,也可以利用阳光作为能源,高效地还原二氧化碳并将其转化为资源。未来的挑战将是进一步提高光催化剂的功能,并实现与可以使用地球上丰富且廉价的水作为还原剂的氧化光催化剂的融合。