日本的GS Alliance公司（兵库县川西市）4月7日宣布，利用结合量子点和金属有机框架（MOF：Metal Organic Framework）材料的独特催化剂以及温室气体CO2、水和太阳能，成功地在不使用外部电能的情况下，通过人工光合作用合成了可作为燃料和化学物质中间原料的甲酸。
通过采用量子点和金属有机框架材料催化剂的二氧化碳光还原（人工光合作用）生成甲酸（供图：GS Alliance）
作为应对全球变暖和能源资源短缺，像植物一样利用太阳能从CO2和水生成有机物的人工光合作用技术正备受关注。
人工光合作用技术能以CO2为原料生成新的资源能源，同时还可以削减导致全球变暖的CO2，是一种梦寐以求的技术，GS Alliance公司表示，目前日本在该领域的研发全球领先。
MOF是由无机金属簇和有机连接体合成的新型超多孔有机无机杂化的先进材料，具有能以纳米分子水平控制结构且表面积非常大等优异特征。目前正在探索用于气体储存、气体分离、金属吸附及催化剂等多种用途。
另外，近年来发现，MOF具有优异的CO2回收能力，并且已开始研究对回收的CO2进行光还原，利用人工光合作用合成化学物质等。
另一方面，量子点具有遵循量子化学和量子力学的光学特性，是拥有单一纳米级（0.5～9nm）超微细结构的最先进材料。这种材料有优异的光吸收能力、大量生成激子的能力和较大的表面积，因此作为可能适合人工光合作用的材料推进了研发，不过耐久性和耐水性还存在课题。
GS Alliance已经同时合成了MOF和量子点，此次则将这两种最先进材料结合起来进行了优化，通过纳入MOF提高了作为量子点弱点的耐久性和耐水性，以216μmol h-1 g-1 cat的高收率成功合成了甲酸。
光源使用波长中心位于约460nm附近的LED灯。可以推断，随着在量子点中光激发的电子被顺利运送至MOF的金属催化剂中，还产生了提高催化活性的协同效应。
通过人工光合作用生成的甲酸还有望为氢社会的实现做出贡献。阻挡氢社会在全球普及的主要原因之一就是储氢困难。
就这一点而言，虽然作为强酸的甲酸具有难处理的缺点，但由于是液体，比氢更容易储存，大幅降低了实用化的难度。另外，业界还在研究将甲酸直接作为燃料电池的燃料使用。或者也可以通过催化剂用甲酸现场生成氢。
GS Alliance公司目前正着手推进研发以生成甲酸为目的的人工光合作用，甲酸在各种意义上都比氢更容易储存。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
