Efficient photochemical CO2 reduction using imidazolyl-porphyrinatozinc dimer

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05677
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Kuramochi Yusuke 東京理科大学, 理学部第二部化学科, 講師 (30457155)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: スペシャルペア / 人工光合成 / 光触媒的二酸化炭素還元 / 光増感剤 / 分子触媒 / ポルフィリン / レニウム錯体 / 超分子集合体

Outline of Final Research Achievements

In natural photosynthesis, the collected energy is transferred to the chlorophyll dimer in the reaction center, the so-called “special pair”. On the other hand, zinc porphyrins having an imidazolyl group at the meso-position form a slipped-cofacial dimer by complementary coordination from the imidazolyl to the zinc ion of the porphyrin center. The dimeric structure mimics the special pair in the photosynthetic systems. In this work, the special-pair mimic porphyrin dimer has first utilized as the photosensitizer for the photocatalytic CO2 reduction. The photocatalytic CO2 reductions using the dimers having the Re complex(es) selectively gave CO, whose reaction quantum yields are independent on light intensity and a high turnovernumber reaching >2800 after 18 h was observed under irradiation of relatively strong light, which is an order of magnitude higher than the value (172 after 18 h) of the previous system (J. Am. Chem. Soc. 2020).

Free Research Field

光化学、錯体化学、超分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人工光合成系の構築にあたって、希薄な太陽光を効率よく捕捉する光増感剤の開発は必須であり、特に太陽光の大部分を占める可視光成分を如何に吸収できるかが重要なカギとなる。本研究で用いたスペシャルペアモデルポルフィリン二量体は、従来光増感剤として広く用いられている貴金属錯体などに比較して、可視光領域において幅広い吸収帯及び約10から20倍の吸光係数を有している。この二量体が、レドックス光触媒の中で特に変換が困難な反応のひとつであるCO2還元反応で光増感剤として高い性能を示したことから、太陽光を有効利用できる多種多様なレッドクス光触媒系への応用展開も可能となると期待される。