可視－近赤外領域の光を効率的に利用できる二酸化炭素還元光触媒系の構築

• Project/Area Number: 13J06913
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Hokkaido University (2014); Ritsumeikan University (2013)
• Principal Investigator: 北川 裕一 北海道大学, 工学研究院, 特任助教
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,760,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: クロロフィル / 二酸化炭素光還元 / 可視光 / キラリティー / J会合体 / 異方性円偏光二色性 / 赤色光

Outline of Annual Research Achievements

既報では、主に紫外領域の光を利用した効率的な二酸化炭素光還元触媒が報告されている。本研究員は人工光合成実現に向けて太陽光の光を効率的に利用するため、以下の二点の研究を主に行った。1. 可視域に強い吸収帯を有するクロロフィルを光増感剤として用いた二酸化炭素光還元触媒系の構築を検討した。2. クロロフィルから構成されるキラルなJ会合体は効率的な可視長波長領域の光捕集・エネルギー移動を示すことから注目を集めている。しかし、分子構造が解明されておらず、その機構も明らかとなっていない。そこで、キラルなJ会合体の構造解析手法について検討した。

1. クロロフィル(3位)に二酸化炭素光還元触媒を共有結合により連結した錯体の合成に成功した。この連結錯体を溶かした溶液(二酸化炭素雰囲気下)に対して、可視-近外赤領域の光を照射することにより二酸化炭素光還元に成功した。また、ドナーであるクロロフィルとアクセプターである二酸化炭素光還元触媒の酸化還元電位をそれぞれ変えた連結錯体の光物理的性質を検討し、効率の良い電子伝達系を構築した。さらに、クロロフィル(3位)とアクセプターである二酸化炭素光還元触媒をアミド結合で連結することによりJ会合体形成が可能となり、クロロフィルがより長波長領域の光を捕集できるようになることを明らかとした。本データは、クロロフィルを用いた可視-近赤外光を効率的に利用した二酸化炭素光還元系を構築に向けて有用である。

2. キラルなJ会合体が磁場存在下で溶液中において配向することに着目した。磁場配向したキラルJ会合体において通常の円偏光二色性(CD)と大きく異なるスペクトル形状を示すことが明らかとなった。また、異方性CDを用いたスペクトルシミュレーションをしたところ、通常のCDと形状が大きく異なった。本データは、異方性円偏光二色性がキラルなJ会合体の構造解析において有用であることを示唆している。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photophysical Properties of Chlorophyll Derivatives Linked with Rhenium Bipyridine Complexes (2015)
  • Author(s): Yuichi Kitagawa, Shin Ogasawara, Daisuke Kosumi, Hideki Hashimoto, Hitoshi Tamiaki
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 88 Issue: 2 Pages: 346-351
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140326
  • NAID: 130004801820
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photochemical Reduction of CO2 with Red Light Using Synthetic Chlorophyll-Rhenium Bipyridine Dyad (2014)
  • Author(s): Yuichi Kitagawa, Hiroyuki Takeda, Kenji Ohashi, Tsuyoshi Asatani, Daisuke Kosumi, Hideki Hashimoto, Osamu Ishitani, Hitoshi Tamiaki
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 43 Issue: 8 Pages: 1383-1385
  • DOI: 10.1246/cl.140439
  • NAID: 130004677576
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 異方性円偏光二色性を用いたキラルJ会合体の構造解析法に関する検討 (2014)
  • Author(s): 北川裕一、庄司淳、伊佐治恵、石井 和之、民秋 均
  • Organizer: 2014年光化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌キャンパス（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [Presentation] クロロフィルの可視-近外赤領域における高効率の光捕集を利用した二酸化炭素光還元 (2014)
  • Author(s): 北川裕一、民秋均
  • 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 – 2014-09-20
• [Presentation] Photochemical reduction of CO_2 with long-wavelength light by covalently linked chlorophyll-rhenium bipyridine complexes (2014)
  • Author(s): 北川 裕一、民秋 均
  • Organizer: 10th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀県、草津市)
  • Year and Date: 2014-05-31
  • Invited
• [Presentation] Photochemical reduction of CO2 with long-wavelength light by covalently linked chlorophyll-rhenium bipyridine complexes (2014)
  • Author(s): Yuichi Kitagawa, Hitoshi Tamiaki
  • Organizer: Tenth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
  • Place of Presentation: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス（滋賀県草津市）
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-06-01
  • Invited
• [Presentation] クロロフィル―レニウムビピリジン連結錯体の光化学的性質 (2014)
  • Author(s): 北川 裕一、民秋 均
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県、名古屋市)
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] 異方性円偏光二色性を用いたキラル超分子の構造解析法に関する検討 (2013)
  • Author(s): 北川 裕一、庄司 淳、伊佐 治恵、石井 和之、民秋 均
  • Organizer: 第63回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県、名古屋市)
  • Year and Date: 2013-11-03
• [Remarks]
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/se/rc/staff/tamiaki/lab.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/amc/activity_old.html