도쿄공업대학의 이시야 치교수 등의 연구그룹은 프랑스 파리 제7대학과 공동으로 유기 반도체 재료와 철 착체로 이루어진 광촉매에 가시광을 조사하면 이산화탄소(CO2)가 유용한 일산화탄소( CO)로 선택적으로 환원되는 것을 발견했다.
최근, 금속 착체나 반도체를 광촉매로서 이용하여 CO2를 환원 자원화하는, 「인공 광합성」이라고 불리는 기술의 개발이 전세계에서 행해지고 있다.실용화되면 지구 온난화의 주인으로 여겨지는 CO2를 태양광을 에너지원으로 하여 유용한 탄소 자원으로 변환할 수 있다.높은 활성을 나타내는 광촉매에는 루테늄이나 레늄 등 귀금속이나 희소 금속을 포함하는 착체나 무기 반도체가 사용되어 왔다.그러나, CO2량은 막대하기 때문에, 입수하기 쉬운 원소만을 이용한 새로운 광촉매를 구축할 필요가 있었다.
연구 그룹은 탄소나이트라이드(탄소와 질소로 이루어진 유기 반도체)를 철 착체와 조합하여 광촉매로 하면 CO2를 CO로 고효율로 환원할 수 있는 것을 발견했다.이 광촉매 반응에서는, 카본나이트라이드가 가시광을 흡수하여 환원제로부터 촉매인 철 착체로의 전자의 이동을 구동한다.그 전자를 사용하여 철 착체는 CO2를 CO로 환원한다.성능의 지표가 되는 각종 값은, 귀금속이나 희소 금속 착체를 사용한 경우와 거의 같은 정도이며, 비금속이나 유기 분자를 이용한 광촉매에 비해 10배 이상 높았다.
이번 연구에서 탄소, 질소, 철 등 지구상에 다량으로 존재하는 재료군을 사용해도 태양광을 에너지원으로 한 CO2 환원 자원화를 고효율로 달성할 수 있음을 처음으로 실증했다.향후, 광촉매로서의 기능을 더욱 향상시키는 것과 동시에, 지구상에 다량으로 존재하고 저렴한 물을 환원제로서 사용할 수 있는 산화 광촉매와의 융합을 달성하는 것이 과제가 된다.
