Development of efficient solar carbon dioxide fixation system based on low-overpotential catalysts
| Project/Area Number |
21H02042
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
八木 政行 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
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| Keywords | 二酸化炭素固定 / 人工光合成 / 酸素発生光アノード / 二酸化炭素還元光カソード / 触媒 / 酸素発生アノード / 二酸化炭素還元 / 電気触媒 / 錯体触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
化石燃料に依存しない持続可能な脱炭素社会を実現するためには、再生可能エネルギーを用いた二酸化炭素の高効率燃料化ならびに炭素資源化技術の確立が重要である。申請者は最近、酸素発生アノードおよび二酸化炭素還元カソードの開発において、重大なブレークスルーを実現した。本研究では、これらの研究成果を基盤にして更なる高効率アノードおよびカソードを創製すると共に、これらを用いて太陽光二酸化炭素固定システムを構築することにより、世界最高の太陽光二酸化炭素還元効率を達成し、脱炭素社会の実現への足掛かりを得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
単核鉄錯体Febpcは、二酸化炭素還元に効果的な軸配位サイトを提供するため、高活性な二酸化炭素還元触媒として働く。しかし、平面配位子にクロロ基を導入していない類似錯体Febpbは、同条件で二酸化炭素還元触媒活性を示さない。これは、平面配位子の電子状態により、軸配位サイトの二酸化炭素還元触媒活性を制御できることを示す結果である。本研究では、平面型鉄錯体に、様々な置換基を導入したFebpc誘導体を合成して、鉄錯体の二酸化炭素還元触媒活性を化学チューニングすることにより、高活性な触媒を合成する。
申請者は、FebpcがDMF有機溶媒中で1.9 mM（0.01 atm CO2 分圧）の低CO2濃度でも高効率にCO2を還元し、COを生成することを見出した。これは、Febpcが、効果的にCO2をFebpcの軸位に取り込む能力を有することを示す、興味深い結果である。さらに、Febpcの類縁体である、フッ素導入型のFefbpcの合成に成功した。これを触媒として、水とフェノールをH+源としたCO2飽和DMF溶液の電解実験を行ったところ、COとH2に加えて微量のCH4の発生することを見出した。現在、これらの研究成果に基づいて、CH4を高選択的に生成するCO2還元錯体触媒の合成、並びに水中における低濃度CO2還元によるCH4製造を促進する錯体修飾電極の作製を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Febpcの類縁体である、フッ素導入型のFefbpcの合成に成功した。本錯体が二酸化炭素還元によりCH4の発生することを見出した。本結果は、錯体触媒による二酸化炭素還元に重大なインパクトを与える研究成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
合成した種々のFebpc誘導体を可視域p-型半導体表面に担持する。可視域p-型半導体として、CuO、CuBiO4、の金属酸化物、およびCuInS2の金属硫化物を用いる。
Febpc誘導体の半導体表面への効果的な担持法として、本錯体の平面構造と中心金属への軸配位に着目した。金属酸化物表面に存在するOH基、および金属硫化物表面に存在するSH基は、それぞれルイス塩基として機能する。これらの表面官能基の中心金属への配位結合を介してFebpc誘導体を固定化させる担持法を採用する。本担持法では、錯体が凝集せずに安定に単分子触媒層が形成されるだけでなく、従来の方法で合成が煩雑であったリンカーの導入が不要になる利点がある。さらに、錯体の中心金属に電極官能基が直接配位するため、電極／分子触媒層界面の抵抗が低減され、効果的な電子移動が期待できる。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
