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摘要：研究小组通过使用新合成的锇络合物，开发出一种新型氧化还原光敏剂，能够将CO₂还原成甲酸，制取清洁能源氢，为构建能够更有效利用太阳光、应对能源问题的新型人工光合系统开辟了道路。

关键字：甲酸制氢、氧化还原光敏剂、锇络合物、新型光催化系统、人工光合作用

要点

◆ 开发出前所未有的氧化还原光敏剂，该光敏剂能够利用包括近红外线在内的全部波长范围的可见光

◆ 该氧化还原光敏剂使用能够进行光S-T吸收（直接转变为激发三重态）的锇络合物

◆ 将CO₂还原成甲酸，甲酸既可以作为有用的化学原料，又可以用于制取和储存清洁能源氢

概要

研究小组通过使用新合成的锇络合物，开发出一种新型氧化还原光敏剂，该光敏剂能够利用包括红外线（以往无法利用）在内的全部波长范围的可见光，并且能够还原二氧化碳。另外，还成功开发出一种新型光催化系统，该系统能够更有效地利用太阳光，并且能够将二氧化碳转化为资源。

在此次的研究中，通过研究与中心金属锇相结合的有机分子（配体），新合成了一种锇络合物。锇络合物在作为光敏剂被激发时，可以进行S-T吸收（直接转变为激发三重态）。因此，锇络合物作为氧化还原光敏剂具备许多优异性能，例如，可以吸收所有的可见光，产生的光激发态的寿命较长，表现出优异的还原力。

另外，通过组合使用锇络合物与钌络合物催化剂，在照射任何波长的可见光时都能进行光催化反应，而且能够将二氧化碳还原成作为储氢物质和化学原料有用的甲酸。通过使用这种锇络合物，有望开发出一种能够更有效地利用太阳光（包括此前无法利用的长波长范围）能量的人工光合系统。

背景

绿色植物通过吸收光能，由二氧化碳和水生成氧气和碳水化合物。这种利用光能来固定碳的方式便是光合作用。而人工光合作用利用光催化剂等来人工进行光合作用，其作为以光为能源将二氧化碳还原为资源的方法和从水中制取清洁能源氢的方法备受关注。

在使用光催化剂的人工光合作用中，有效利用太阳光是非常重要的。最初的光催化剂只能利用在太阳光中含量仅为百分之几的波长极短的紫外线，而本研究中所开发的光催化剂能够利用作为太阳光主要成分的波长更长的可见光中的短波长光。

同时，对于在光催化反应中负责吸收光的氧化还原光敏剂的研究也取得了进展。目前最常用的氧化还原光敏剂能够利用波长小于550nm的短波长光，仅占地表14%的太阳光，如果能利用达到800nm的全部波长范围可见光，就可以利用40%的太阳光。

研究小组的研究人员长年从事氧化还原光敏剂和用于还原二氧化碳的金属络合物光催化剂的研究，在此过程中，发现了一种活用S-T吸收的方法，促成了本次研究。本研究在此基础上进一步拓展，旨在开发出能够吸收全波长范围可见光的氧化还原光敏剂。

研究方法和成果

通过控制现有中心金属与配体的轨道能量的方法，将氧化还原光敏剂的可吸收波长范围扩大至长波长后，会导致激发寿命变短的副作用，由此使氧化还原光敏剂失去了其原本的功能。因此，本研究中，通过研究能够进行S-T吸收的锇络合物的配体，开发出了新的光敏剂。通常，由于量子力学的限制，光敏剂在吸收光之后只生成激发单重态。但是，该锇络合物可以吸收长波长侧的可见光，直接从基态转变为激发三重态。利用这一性质，通过与此次使用的配体的相互作用，开发出一种能够利用全波长范围可见光且激发寿命足够长的氧化还原光敏剂（图1的图表部分）。

图1. 锇络合物的可见光吸收光谱（图表部分）以及用锇络合物作为光敏剂的二氧化碳还原光催化反应（右上部分）

对于此前研发的氧化还原光敏剂，即使是照射低能量的可见光的长波长部分的光也不能引起光催化反应，而本研究合成的锇络合物既具有较长寿命的激发状态、又具有强还原能力，因此能够作为氧化还原光敏剂发挥作用，在吸收全波长范围可见光的同时，也能更有效地利用太阳光。

此外，通过组合使用该激发三重态的锇络合物与钌催化剂（Ru（CO）），无论照射何种波长的可见光，都能将二氧化碳转化为甲酸（图1右上部分），甲酸能够储存作为清洁能源备受关注的氢，且是有用的化学原料。

今后展开

本研究已证实，通过可利用全部波长范围可见光的氧化还原光敏剂能够实现二氧化碳的资源化。由于目前反应效率还很低，因此还需要进一步提高其性能，但本研究为构建能够更有效利用太阳光并应对能源问题的新型人工光合系统开辟了道路。

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