陰イオンに着目した光触媒の設計戦略ー低濃度でも効率よく、分子を”見分けて”機能する新しい光触媒の開発ー

2026-10-22 九州大学

九州大学と東京大学の研究グループは、陰イオンの働きに着目し、低濃度の反応分子でも効率よく反応を進められる新しい光触媒を開発した。従来の光触媒では、光を吸収した色素から反応分子へのエネルギー移動が分子同士の偶然の衝突に依存するため、反応分子の濃度が低いと反応効率が低下する課題があった。研究チームは、ルイス酸性を持つ安定な陰イオン「BBcat」を陽イオン性の光触媒と組み合わせた。BBcatが窒素原子を含む反応分子を選択的に捕捉し、光触媒の近くに保持することで、エネルギー移動を促進する仕組みを実現した。異なる分子が競合する反応では、窒素原子を含む分子を選択的に反応させ、生成物の優先順位を逆転させることにも成功した。本成果は、希薄な反応条件でも高い反応速度と分子選択性を両立する光触媒の設計指針となり、環境負荷の小さい有機合成への応用が期待される。

安定な陰イオンでありながら強い酸性を示すBBcatと光触媒を組み合わせることで、光触媒に分子を見分ける能力を付与

＜関連情報＞

ルイス酸性アニオンは、励起された陽イオン光触媒から塩基性基質へのエネルギー移動を促進する
A Lewis-acidic anion enhances energy transfer from excited cationic photocatalysts to basic substrates

Ryo Mandai;Yuri Oyama;Takanori Iwasaki;Kyoko Nozaki
Chemical Science Published:08 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1039/d6sc06879k

Anions are inherently basic, and the use of counteranions of photocatalysts in substrate activation relies heavily on the Brønsted-basic nature of the anions. Here we present ion-paired dual catalysis using Ru(bpy)₃²⁺ with a stable, strongly Lewis-acidic, yet non-nucleophilic anion BBcat. BBcat captures Lewis-basic substrates at the tricoordinated catechol borane (Bcat) centers and keeps them in close proximity to Ru(bpy)₃²⁺, affording chemoselective and concentration-independent rate enhancement. In [2+2] photocycloaddition of pyridyl enones, Ru(bpy)₃(BBcat)₂ affords 8.7-times higher yield than Ru(bpy)₃(BArF)₂, and product selectivity is reversed in competitive reactions with a simple chalcone. Quenching experiments and NMR studies confirmed that BBcat facilitates substrate capture by acid–base interactions and the proximity of the ion pair by electrostatic interactions.