金属クロリン二量体を用いた高効率触媒システムの構築

• Project/Area Number: 13J00727
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 間瀬 謙太朗 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 人工光合成 / 過酸化水素 / 光電気化学 / 太陽光エネルギー変換 / 燃料電池 / 電極触媒 / 金属有機構造体 / 酸素還元 / 水の酸化 / 均一系酸素還元触媒 / 不均一系半導体光触媒 / 太陽光エネルギー変換効率 / コバルトクロリン / 過酸水素 / 酸素還元有機触媒 / クロム5価コロール錯体 / 可視光応答性光触媒 / 1ステップ

Outline of Annual Research Achievements

金属クロリン錯体を用いた酸素還元反応の触媒反応機構解明および高効率化に関する研究が大きく進展した。酸素還元電極触媒を光触媒を用いた水の酸化系と組み合わせることで、水と酸素のみを原料とする光触媒的過酸化水素生成へと研究を展開した。酸素の２電子還元で得られる過酸化水素は常温常圧で液体であるため体積当たりのエネルギー密度が高く、水素と比べて貯蔵・運搬が容易である。また生成した過酸化水素は過酸化水素を用いた燃料電池の場合、理論上では水素燃料電池とほぼ同等の開放電圧（1.09 V）を得ることができ、必要なときに効率よく電気エネルギーへと変換することが出来る。本研究では、２室型光電気化学セルを用いたシステムで世界最高活性の太陽光エネルギー変換効率を達成するなど世界トップレベルの研究成果をあげた。この成果を取りまとめてNature Communicationsに投稿し、採択された。本論文を作成するにあたり、国内、国際学会に積極的に参加して国内外の関連研究者の意見を聞いて参考にした。
その後、２室型光電気化学セルで用いるカソード電極触媒のさらなる活性向上を目指して、その基礎知識と電極触媒作製のノウハウを得るために米国留学し、金属有機構造体(MOF)を用いた電極触媒の合成に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ノースウエスタン大学(米国)
• [Journal Article] Seawater Usable for Production and Consumption of Hydrogen Peroxide as a Solar Fuel (2016)
  • Author(s): Mase, K.; Yoneda, M.; Yamada, Y.; Fukuzumi, S.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photocatalytic reduction of CO2 and H2O to CO and H2 with a cobalt chlorin complex adsorbed on multi-walled carbon nanotubes (2016)
  • Author(s): Aoi, S.; Mase, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S.
  • Journal Title: Catl. Sci. Technol. Volume: 印刷中 Issue: 12 Pages: 4077-4080
  • DOI: 10.1039/c6cy00376a
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Selective electrochemical reduction of CO2 to CO with a cobalt chlorin complex adsorbed on multi-walled carbon nanotubes in water (2015)
  • Author(s): Aoi, S.; Mase, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 50 Pages: 10226-10228
  • DOI: 10.1039/c5cc03340c
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mechanism of a one-photon two-electron process in photocatalytic hydrogen evolution from ascorbic acid with a cobalt chlorin complex (2015)
  • Author(s): Aoi, S.; Mase, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 82 Pages: 15145-15148
  • DOI: 10.1039/c5cc05064b
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Much Enhanced Catalytic Reactivity of Cobalt Chlorin Derivatives on Two-Electron Reduction of Dioxygen to Produce Hydrogen Peroxide (2015)
  • Author(s): Mase, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 54 Issue: 4 Pages: 1808-1815
  • DOI: 10.1021/ic502678k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electron Transfer in a Supramolecular Complex of Zinc Chlorin Carboxylate Anion with Li+@Ceo Affording the Lena-Lived Charge-Separated State (2013)
  • Author(s): Yuki Kawashima, Kei Ohkubo, Kentare Mase and Shunichi Fukuzumi
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 117 Issue: 41 Pages: 2116-2117
  • DOI: 10.1021/jp407976b
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 可視光応答型光触媒とコバルトクロリン錯体を用いた光電気化学セルによる海水中での過酸化水素生成 (2015)
  • Author(s): 間瀬謙太朗、洪達超、山田裕介、福住俊一
  • Organizer: 日本化学会第９５春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] コバルトクロリン錯体を酸素還元触媒に用いた水を電子源とする光駆動過酸化水素生成 (2014)
  • Author(s): 間瀬謙太朗、洪達超、山田裕介、福住俊一
  • Organizer: 錯体化学会第６４回討論会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] Efficient Two-Electron Reduction of Dioxygen with Cobalt(II) Chlorin Derivatives (2014)
  • Author(s): Kentaro Mase、kei Ohkubo、Shunichi Fukuzumi
  • Organizer: 8th International Conference of Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-8)
  • Place of Presentation: イスタンブール（トルコ）
  • Year and Date: 2014-06-26
• [Presentation] クロム五価コロール錯体を触媒とする酸素の2電子還元反応 (2014)
  • Author(s): 間瀬 鎌太朗
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] コバルトクロリン錯体を触媒とする酸素還元反応 (2013)
  • Author(s): 間瀬 謙太朗
  • Organizer: 錯体化学会第63回討論会
  • Place of Presentation: 琉球大学千原キャンパス(沖縄県西原町)
  • Year and Date: 2013-11-04
• [Presentation] コバルトクロリン錯体を触媒とする酸素還元反応 (2013)
  • Author(s): 間瀬 謙太朗
  • Organizer: 錯体化学若手の会夏の学校2013
  • Place of Presentation: NTT北海道セミナーセンター(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2013-08-10
• [Presentation] Catalytic Two-Electron Reduction of Dioxygen to Hydrogen peroxide with a Small Overpotential Catalyzed by a Cobalt Chlorin Complex. (2013)
  • Author(s): 間瀬 謙太朗
  • Organizer: International Conference on Bio-Inorganic Chemistry 16 (ICBIC 16)
  • Place of Presentation: Alpexpo center of Grenoble (France)
  • Year and Date: 2013-07-25
• [Remarks]