「光化学的二酸化炭素還元」の版間の差分
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光化学的還元は[[酸化還元反応|化学的還元]]（レドックス）に由来する。しかし、還元に使われる電子が[[光増感剤]]と呼ばれる別の分子の光励起から生成されるという点で異なる。太陽のエネルギーを利用するためには光増感剤は可視光線および紫外線スペクトル内の光を吸収する必要がある<ref>Crabtree, R.-H.; “The Organometallic Chemistry of the Transition Metals, 4th ed.” John Wiley & Sons: New York, 2005. </ref>。この基準を満たす分子増感剤には、有機金属種の[[d軌道]]分裂がよく遠紫外および可視光のエネルギー範囲内に入るという理由でしばしば金属中心が含まれる。前述のように還元プロセスは光増感剤の励起から始まる。これにより、金属中心から機能性[[配位子]]への[[電子]]の移動が起きる。この移動は金属-配位子電荷移動(MLCT)と呼ばれる。正味何も起きなかったことになってしまう電荷移動後の配位子から金属への電子の移動は、溶液中に電子供与種を含ませることで防ぐことができる。良い光増感剤は通常は一重項状態から三重項状態への相互変換により長寿命の励起状態を持ち、これにより電子供与体が金属中心と相互作用する時間ができる<ref>{{Cite journal|last=Whitten|first=David G|year=1980|title=Photoinduced Electron-Transfer Reactions of Metal Complexes in Solution|journal=Accounts of Chemical Research|volume=13|pages=83–90|DOI=10.1021/ar50147a004}}</ref>。光化学的還元における一般的な供与体には[[トリエチルアミン]](TEA)、[[トリエタノールアミン]](TEOA)、1-ベンジル-1,4-ジヒドロニコチンアミド(BNAH)がある。
[[ファイル:Rubpy.pdf|中央|サムネイル|750x750ピクセル|Ru(bpy)<sub>3</sub>とトリエチルアミンを用いる光励起の1例。正味の結果はRu(bpy)<sub>3</sub>の芳香族ビピリジン部分に存在する金属由来の孤立電子である。]]
励起後、CO<sub>2</sub>は還元された金属の内部の[[配位圏]]に配位するか、これと相互作用する。この還元プロセスの機構的な詳細は完全には決定されていないが、一般的に観測される生成物には[[ギ酸塩]]、ギ酸、[[一酸化炭素]]、[[メタノール]]がある。光吸収
[[ファイル:Supramolecular_example_2.pdf|右|サムネイル|340x340ピクセル|光化学的還元が可能な超分子錯体の一例。左の光増感剤が右の触媒錯体につながれている<ref>{{Cite journal|last=Gholamkhass|first=Bobak|last2=Mametsuka, Hiroaki|last3=Koike, Kazuhide|last4=Tanabe, Toyoaki|last5=Furue, Masaoki|last6=Ishitani, Osamu|year=2005|title=Architecture of Supramolecular Metal Complexes for Photocatalytic CO<sub>2</sub> Reduction: Ruthenium-Rhenium Bi- and Tetranuclear Complexes|journal=Inorganic Chemistry|volume=44|pages=2326–2336|DOI=10.1021/ic048779r|PMID=15792468}}</ref>。]]
== 歴史 ==
1980年代にLehnとZiesselにより行われた最初の研究により<ref>{{Cite journal|last=Lehn|first=Jean-Marie|last2=Ziessel, Raymond|year=1982|title=Photochemical Generation of Carbon-Monoxide and Hydrogen by Reduction of Carbon-Dioxide and Water Under Visible-Light Irradiation|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences USA|volume=79|issue=2|pages=701–704|DOI=10.1073/pnas.79.2.701|PMC=345815}}</ref>、可視光を用いた触媒によるCO<sub>2</sub>還元の発展が導かれた。水分解を行う光触媒の開発への先行研究において、LehnはCo(I)種がCoCl<sub>2</sub>、2,2'-ビピリジン(bpy)、第3級アミン、Ru(bpy)<sub>3</sub>Cl<sub>2</sub>光増感剤を含む溶液中で生成されるのを観測した。CO<sub>2</sub>はコバルト中心に対して高い親和性があったため、LehnとZiesselは還元
== 現在の研究 ==
LehnとZiesselの研究以来、いくつかの触媒がRu(bpy)<sub>3</sub>光増感剤と組み合わされてきた<ref>{{Cite journal|last=Fujita|first=Etsuko|year=1999|title=Photochemical carbon dioxide reduction with metal complexes.|journal=Coordination Chemistry Reviews|volume=185–186|pages=373–384|DOI=10.1016/S0010-8545(99)00023-5}}</ref>。メチルビオローゲン、コバルト、ニッケル系触媒と組み合わせると一酸化炭素と水素ガスが生成物として観測される。レニウム触媒と組み合わせることで主生成物として一酸化炭素が観測され、ルテニウム触媒と組み合わせるとギ酸が観測される。しかし、いくつかの生成物選択は反応環境の調整により達成可能であることに注意する必要がある。触媒として使われる光増感剤は他にもあり、FeTPP (TPP=5,10,15,20-テトラフェニル-21H,23H-ポルフィン)やCoTPPなどである。ともにCOを生成し、後者はギ酸も生成する。非金属光触媒にはピリジンおよびN-ヘテロ環状カルベンなどがある<ref>{{Cite journal|last=Cole|first=Emily|last2=Lakkaraju,Prasad|last3=Rampulla,David|last4=Morris, Amanda|last5=Abelev, Esta|last6=Bocarsly, Andrew|year=2010|title=Using a One-Electron Shuttle for the Multielectron of CO2 to Methanol: Kinetic, Mechanistic, and Structural Insights.|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=132|pages=11539–11551|DOI=10.1021/ja1023496|PMID=20666494}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Huang|first=Fang|last2=Lu,Gang|last3=Zhao,Lili|last4=Wang,Zhi-Xiang|year=2010|title=The Catalytic Role of N-Heterocyclic Carbene in a Metal-Free Conversion of Carbon Dioxide into Methanol: A Computational Mechanism Study.|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=132|pages=12388–12396|DOI=10.1021/ja103531z|PMID=20707349}}</ref>。
[[ファイル:Re_example.pdf|中央|サムネイル|620x620ピクセル|Re(bpy)CO<sub>3</sub>ClによるCO<sub>2</sub>
== 脚注 ==
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