東大，人工光合成に向け光増感剤の開発指針を発見

東京大学は，人工光合成技術の開発に必要な「優れた可視光吸収能力」と「高耐久性」を同時に満たす光増感剤の新しい開発指針を見出した（ニュースリリース）。

人工光合成はの実用化には，有用な触媒の開発だけでなく，光を吸収して電子源から触媒に電子を送り込むポンプのような働きを持つ光増感剤の高性能化が鍵となる。しかしこれまでは，それらのすべてを満たす光増感剤を1種類の分子で開発するのは容易ではなく，新たな手法が求められていた。

研究グループは，物性制御しやすいIr錯体を光増感剤として利用し，プラスとマイナスの2種類のIr錯体をクーロン力で近づけてお互いの機能を補わせる方法を着想した。まず，特徴の異なる正電荷を持つIr錯体（カチオン性Ir錯体）と負電荷を持つIr錯体（アニオン性Ir錯体）を選び出して，それらをメタノール中で混ぜ合わせるだけで対応するイオン対を容易に合成できた。

選定したカチオン性Ir錯体は，可視光吸収能力には乏しいが，CO₂還元反応の光増感剤として比較的安定に働くことが知られている。一方のアニオン性Ir錯体は，光増感剤として単独で利用した場合の耐久性には乏しいが，クマリン6と呼ばれる有機色素を骨格に含むため可視光吸収能力は格段に優れる。

合成したイオン対に核磁気共鳴分光法を適用することで，2種類のIr錯体が実際にクロロホルム中でお互い近づいているとともに，配置の向きも明らかになった。それらの錯体が光を吸収すると発光する性質を利用し，光を吸収して高エネルギー状態になったアニオン性Ir錯体からカチオン性Ir錯体へ効率よくエネルギーが移動することも判明した。

加えて，このイオン対をCO₂還元反応の光増感剤として実際に応用した。具体的には，イオン対をベシクルの脂質二分子膜表面にレニウム触媒分子とともに取り込ませて，電子源としてアスコルビン酸イオンを添加した後に反応容器内をCO₂で満たした状態で可視光を照射した。

結果，カチオン性Ir錯体またはアニオン性Ir錯体を光増感剤としてそれぞれ単独で導入した反応よりも多くの一酸化炭素がCO₂還元生成物として発生することを見出した。

さらに，反応溶液の様子を追跡したところ，アニオン性Ir錯体を単独で用いた反応よりも，アニオン性部分の分解が顕著に抑制されることが分かった。これは，上記のイオン対効果が実際に光増感剤の高性能化に反映されたことを示す。

この手法はIr錯体に限らず，豊富に存在する金属の錯体や金属を含まない有機化合物への応用展開も期待できることから，研究グループは，人工光合成技術の開発に貢献できるとしている。