近年来，利用光催化剂减少二氧化碳的研究受到了广泛的关注。东京科技公司的科学家们开发了一种新的锇复合物，它可以吸收整个波长范围的可见光，并作为减少二氧化碳的全色氧化还原光敏剂。该团队将这个复合物与钌(II)催化剂结合，成功地将二氧化碳还原成甲酸。
为当前的气候和能源危机寻找解决方案已经成为全球的共同目标。当我们身边就有完美的解决方案时，为什么还要看得远呢?科学家们向大自然学习，试图重现光合作用的过程来对抗气候变化。除了帮助植物准备它们的食物，光合作用还使它们成为一个主要的碳汇，从大气中捕获二氧化碳(CO2)并将其转化为其他形式。这使得人工光合作用成为一种有利可图的方法，不仅用于析氢和水氧化，而且还用于减少二氧化碳。
启动所需的两个主要组件的多电子过程减少二氧化碳是一种氧化还原光敏剂,可以吸收可见光,发起电子转移和氧化还原的催化剂,可以接受电子光敏剂,激活二氧化碳,最后这些电子引入二氧化碳。为了最好地利用太阳能，光敏剂必须在很宽的波长范围内敏感。因此，全色氧化还原光敏剂，即能够吸收可见光全波长的材料，是未来的发展方向。
钌(Ru)配合物是一种常用的氧化还原光敏剂，通过金属到配体的电荷转移过程来吸收光并达到“激发态”。然而，它们不能使用可见光的低能量部分，因为它们不能吸收这种光。大多数报道的全色配合物也不能用于光氧化还原反应，因为它们的激发态寿命太短。
在最近发表在《化学科学》杂志上的一项研究中，由Yusuke Tamaki博士和Osamu Ishitani教授领导的东京理工学院(Tokyo Tech)的研究人员采用了一种新的策略来改善全色光敏剂的光氧化还原特性。该团队开发了一种新的锇(Os)复合物，可以吸收整个波长范围的可见光。利用这种配合物作为氧化还原光敏剂和钌配合物催化剂(Ru(CO))，他们开发了一种可以将二氧化碳还原为甲酸的光催化系统。Ishitani教授解释说:“我们一直在寻找能够有效利用太阳光进行人工光合作用的光催化系统。这是我们将注意力集中在Os配合物的光化学性质上的时候，这是由Os的重原子效应引起的。由于还没有探索氧配合物的光物理、光化学和光敏性，我们决定测试其降低二氧化碳的能力。”
紫外-可见吸收光谱显示，Os络合物的可见光吸收波长可达800 nm，甚至可以吸收红光。该复合物的激发态寿命为40 ns，足以启动还原所需的电子转移过程。为了进行光化学还原实验，该团队用770 nm的光照射联合的Os光敏剂和Ru(CO)。该系统光催化将二氧化碳还原成甲酸，反应周转率高。
利用全色Os光敏剂可以进行其他各种有用的光化学反应，如从水中析氢和有机光氧化还原反应。“我们的研究具有双重意义。首先，我们证明了所有可见光都可以作为光催化二氧化碳减排的能量。其次，我们利用重原子效应构建了新的氧化还原光敏剂，可以吸收广泛的可见光。”Ishitani教授总结道。
这项研究发表在英国皇家化学学会同行评议的旗舰期刊《化学科学》上，可以免费阅读这篇文章。
参考
作者:Mari Irikura, Yusuke Tamaki, Osamu ishitani原论文题目:全色光敏剂的研制及其在光催化CO中的应用 2反证法 nJournal:Chemical ScienceDOI:10.1039/d1sc04045东京工业大学理学院化学系
