京大,アンモニアを電子源とした光還元に成功

京都大学の研究グループは,アンモニアを電子源として二酸化炭素(CO2)を光還元し,一酸化炭素(CO)を取り出す反応に高い活性を示す光触媒群を発見した(ニュースリリース)。

CO2は各種の温室効果ガスの中で最も排出量が多く,地球温暖化に最も影響を及ぼす気体であるため,その削減および利用が求められている。しかしながら,CO2は非常に安定な直線型の分子であるため,別の物質と反応させることが非常に難しいことが知られている。

研究では不均一系光触媒(固体光触媒)を用いて,アンモニアを電子源としてCO2の光活性化を行ない,CO2から合成ガスの原料となるCO を高い濃度(約7500ppm)で得ることに成功した。これは今までに報告されている中で最も高い濃度。さらにアンモニアを電子源としたことで,水の場合に生成される酸素とは異なり窒素が生成するため,COと酸素を分離する必要がないことも利点。

アンモニアは現在ハーバー・ボッシュ法で製造されているが,製造に必要な水素が水から安価に作られるようになれば,アンモニアの価格も下がることが予想される。また,牛舎や豚舎などからの排水にもアンモニアは含まれており,今回の成果を応用すればCO2を吹き込むことによって排出・使用現場で人類に有用な化学品に変換できる可能性がある。

現在、大気中の二酸化炭素を削減する技術は二酸化炭素貯留(CO2 Capture and Storage,CCS)が一般的。今回の成果は新たにCO2を化学品の基礎原料とするケミストリーを発展させる鍵となる技術だとしている。

これまでCO2の光還元における電子源はH2Oか有機物だった。H2Oを電子源とするには現在のところ高いハードルがある。一方で有機物を用いると炭素源が複数となるため,本当にCO2から光還元されたものなのか疑義が出る可能性があった。研究は無機物であるNH3を電子源として利用できることを見出しことにも意義がある。

残念ながら,この反応に活性を示す光触媒では太陽光に含まれる可視光を利用することが出来ない。今後は可視光でも駆動する光触媒の探索が課題だとしいてる。

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