도쿄공업대학 이학원 화학계의 마에다 카즈히코 준 교수, 이시타니 치교수, 구리기료 대학원생·일본 학술 진흥회 특별 연구원들의 연구 그룹은 6월 9일, 루테늄(Ru) 복핵 착체와 질화탄소로 이루어지는 융합 광촉매가 가시광 조사 하에서 이산화탄소(CO2)의 포름산으로의 환원적 변환 반응을 고효율화하는 것을 발견했다고 발표했다.
금속 착체나 반도체를 광촉매로 한 CO2 환원은 포름산이나 일산화탄소와 같은 유용 물질을 상온 상압 하에서 제조할 수 있는 반응으로 주목받아 30년 이상도 국내외에서 연구되고 있다.이번에, 마에다 준 교수 등은, 요소를 열분해하여 얻어지는 시트상 C3N4가, 포스폰산기를 흡착 부위로 하는 Ru 착체를 강고하게 흡착할 수 있는 것을 발견했다.이것에 의해, C3N4로부터 Ru 착체로의 효율적인 전자 이동이 실현되어, 그 결과로서 CO2 광 환원 반응의 고효율화에 성공했다.
실험 조건을 최적화한 결과, 지금까지 보고된 것보다 촉매 내구성을 나타내는 턴오버 수는 3배의 2000으로 향상되고, CO2 환원 선택률도 75%에서 최대 99%까지 크게 개선되었습니다.이것에 의해, 자원적 제약과는 무연한 탄소와 질소로 이루어지는 재료를 사용하고 태양광을 에너지원으로서 지구 온난화의 주인이 되고 있는 CO2를 상온 상압 하에서 유용한 화학물질로 변환할 수 있는 가능성 가 보였다고 한다.
이번 연구 성과에 의해 수소를 저장·수송하는 에너지 캐리어로서 유용한 포름산이 조합하는 착체를 바꾸는 것으로 화학연료로서 가치가 높은 일산화탄소를 높은 선택률로 얻는 것도 가능하게 되는 것을 알 수 있었다. .또한, C3N4는 탄소나 질소를 포함한 저렴하고 단순한 유기물로부터 용이하게 합성할 수 있다.주 구성 원소인 탄소나 질소 이외의 원소를 도입함으로써, 보다 에너지가 작은 가시광의 유효 이용도 가능하게 되어, 나아가 태양광 에너지의 유효 이용으로 이어질 것으로 기대된다.
논문 정보：【Angewandte Chemie, International Edition】Robust Binding between Carbon Nitride Nanosheets and a Binuclear Ruthenium(II) Complex Enabling Durable, Selective CO2 Reduction under Visible Light in Aqueous Solution
