太陽光駆動CO2変換のための電荷貯蔵触媒システムを開発(Researchers Develop Charge-Reservoir Catalyst System for Sunlight-Driven CO2 Conversion)

2026-02-12 中国科学院(CAS)

中国科学院地球環境研究所の研究チームは、人工光合成における電子寿命の短さという課題を克服するため、電荷貯蔵型触媒システムを開発した。天然光合成で電子を一時貯蔵するプラストキノンに着想を得て、Ag修飾WO₃(Ag/WO₃)を設計。W⁶⁺/W⁵⁺の可逆転移により光励起電子を蓄積・放出でき、CO₂還元とH₂O酸化を時間的に分離して制御可能とした。さらにCoPcと複合化することで、一酸化炭素生成速度は純CoPcの約100倍となる1.5 mmol g⁻¹ h⁻¹を達成。自然太陽光下でも安定動作し、COやCH₄などクリーン燃料生成への実用的道を示した。成果はNature Communicationsに掲載された。

<関連情報>

生物に着想を得た電荷貯蔵庫は、タングステンの価数振動を介してH2Oによる効率的なCO2光還元を可能にする Bioinspired charge reservoir enables efficient CO2 photoreduction with H2O via tungsten valence oscillation

Yu Huang,Xianjin Shi,Hongna Zhang,Junji Cao & Shuncheng Lee
Nature Communications  Published:31 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-68991-3  An unedited version of this manuscript

Abstract

Solar-driven conversion of CO2 and H2O into chemicals is a promising strategy, while achieving simultaneous and efficient CO2 reduction and H2O oxidation remains challenging. Here, inspired by the role of plastoquinone in temporarily storing electrons during natural photosynthesis, we design a silver-modified tungsten trioxide (Ag/WO3) that functions as a charge reservoir through reversible W6+/W5+ transitions under irradiation. When coupled with various active components, Ag/WO3 significantly enhances their CO2 conversion performance, indicating the universality of this strategy. Specifically, coupling Ag/WO3 with cobalt phthalocyanine (CoPc), the CoPc/Ag/WO3 catalyst achieves a CO production rate of ~1.5 mmol gCoPc−1 h−1, representing a 100-fold enhancement over pure CoPc. Mechanistic studies reveal that electrons stored in Ag/WO3 efficiently scavenge photogenerated holes from CoPc, thereby maintaining a high electron density at CO2 reduction sites of CoPc. This work establishes a bioinspired charge reservoir strategy for efficient CO2 photoreduction, providing a universal approach to solar fuel production.

0500化学一般
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