日本的GS Alliance公司（兵庫縣川西市）4月7日宣佈，利用結合量子點和金屬有機框架（MOF：Metal Organic Framework）材料的獨特觸媒以及溫室氣體CO2、水和太陽能，成功地在不使用外部電能的情況下，透過人工光合作用合成了可作爲燃料和化學物質中間原料的甲酸。
透過採用量子點和金屬有機框架材料觸媒的二氧化碳光還原（人工光合作用）生成甲酸（供圖：GS Alliance）
作爲因應全球暖化和能源資源短缺，像植物一樣利用太陽能從CO2和水生成有機物質的人工光合作用技術正備受關注。
人工光合作用技術能以CO2爲原料生成新的資源能源，同時還可以削減導致全球暖化的CO2，是一種夢寐以求的技術，GS Alliance公司表示，目前日本在該領域的研發全球領先。
MOF是由無機金屬簇和有機連接體合成的新型超多孔有機無機混成的先進材料，具有能以奈米分子水平控制結構且表面積非常大等優異特徵。目前正在探索用於氣體儲存、氣體分離、金屬吸附及觸媒等多種用途。
另外，近年來發現，MOF具有優異的CO2回收能力，並且已開始研究對回收的CO2進行光還原，利用人工光合作用合成化學物質等。
另一方面，量子點具有遵循量子化學和量子力學的光學特性，是擁有單一奈米級（0.5～9nm）超細結構的最先進材料。這種材料有優異的光吸收能力、大量生成激子的能力和較大的表面積，因此作爲可能適合人工光合作用的材料推進了研發，不過耐久性和耐水性還存在課題。
GS Alliance已經同時合成了MOF和量子點，此次則將這兩種最先進材料結合起來進行了最適化，透過納入MOF提高了作爲量子點弱點的耐久性和耐水性，以216μmol h-1 g-1 cat的高產率成功合成了甲酸。
光源使用波長中心位於約460nm附近的LED燈。可以推斷，隨着在量子點中光激發的電子被順利運送至MOF的金屬觸媒中，還產生了提高催化活性的協同效應。
透過人工光合作用生成的甲酸還有望爲氫社會的實施做出貢獻。阻擋氫社會在全球普及的主要原因之一就是儲氫困難。
就這一點而言，雖然作爲強酸的甲酸具有難處理的缺點，但由於是液體，比氫更容易儲存，大幅降低了實用化的難度。另外，業界還在研究將甲酸直接作爲燃料電池的燃料使用。或者也可以透過觸媒用甲酸現場生成氫。
GS Alliance公司目前正着手推進研發以生成甲酸爲目的的人工光合作用，甲酸在各種意義上都比氫更容易儲存。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
