千葉大，光触媒で二酸化炭素を燃料化する仕組み解明

千葉大学の研究グループは，酸化ジルコニウム（ZrO₂）とニッケル（Ni）からなる光触媒を用いたCO₂光還元反応の機構を検討し，ZrO₂表面で酸素原子を失ったサイトが二酸化炭素（CO₂）を捕らえ，紫外可視光の力で一酸化炭素（C₂）に変え，COをNiに受け渡してメタン（CH₄）を生成することを明らかにした（ニュースリリース）。

CO₂を燃料に戻すカーボンニュートラルサイクルでは，燃料に戻す反応には再⽣可能エネルギーを⽤いることと，反応で⽤いる試薬や装備はなるべく安価であることが求められる。光エネルギーは再⽣可能エネルギーとして⼤いに期待できるが，CO₂による環境問題に活⽤するためには，光反応システムの効率化が最⼤の鍵となる。

研究グループは先⾏研究で，ZrO₂とNiとを組み合わせた光触媒がCO₂から光触媒1gあたり毎時0.98ミリモルのメタンを⽣成する，世界最⾼レベルの触媒活性を報告しているが，なぜZrO₂を⽤いたときだけ，CO₂からCH₄が選択的に得られ，酸化チタン，酸化亜鉛，酸化銅（TiO₂，ZnO，CuxO（x=1,2））を⽤いたときには不純物からのCH₄が多く⾒られるのか謎だった。

そこで研究グループは，酸化ジルコニウム（ZrO₂）とニッケル（Ni）」からなる光触媒を⽤いたCO₂光還元反応の機構を検討した。その結果，ZrO₂表⾯で酸素原⼦を失ったサイトが⼆酸化炭素（CO₂）を捕らえ，紫外可視光の⼒で⼀酸化炭素（CO）に変え，COをNiに受け渡してメタン（CH₄）を⽣成することを明らかにした。

研究グループは，解明された反応経路や有効なサイトの情報を基にさらに有効なCO₂光燃料化，あるいはCO₂光資源化（光エチレンや光プロピレン）反応設計が可能になり，再⽣可能社会への実⽤化が期待できるとしている。