京都大學研究生院工學研究科的中田明伸講師、碩士生（研究時）石原弘太郎、阿部竜教授等人的研究團隊與大阪大學的佐伯昭紀教授、岡山大學的山方啟教授合作，成功開發出內置高效驅動二氧化碳轉化的錯合物觸媒的有機聚合物光觸媒。相關研究成果已發表在《Journal of the American Chemical Society》上。
目前，模仿植物光合作用、利用發光能量轉化二氧化碳的高效光催化的研發備受期待。反應量子產率（光反應效率指標之一）已超過30%，在相對高效率的CO₂轉化用光觸媒中，釕、錸等稀有金屬常被用作光吸收部位。
研究團隊從多種共軛系有機分子骨架中，選取適合作為供體、π間隔基、接受者的3種組合，按適當序列連接，並在接受者部位引入金屬錯合物構成的反應中心，從而開發出效率遠超既往體系的高效光觸媒。通過控制各連接有機單元間的能階差，形成天然光合作用也採用的多階段能量梯度，確立了無需依賴電極或導線、可在光催化材料內部自發形成電荷分離狀態的設計準則。
超高速光譜測量和理論計算已證實：光吸收產生的激發電子可快速遷移至反應中心，形成優異的電荷分離狀態。通過優化光催化結構，以碳、氮、氫、氧、硫構成的有機聚合物作為光吸收部位的光觸媒，在可見光照射下實現CO₂轉化的最大量子產率達32.2％，並成功生成0.48摩爾/升的高濃度甲酸。該反應量子產率較既往雙單元連接體系提升了18倍，創下迄今報導的僅靠有機分子骨架光吸收驅動CO₂還原光催化反應的最高值。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of the American Chemical Society
論文：Molecular-Level Tailoring of Energy Structure in Ternary Conjugated Polymers with a Built-in Ru-Complex Catalyst for Efficient CO₂ Reduction Photocatalysis
DOI：10.1021/jacs.5c04222
