Devlopment of Molecular Catalysts Promoting Consecutive Reductions of Carbon Dioxide with High Selectivity
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21K05100
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山内 幸正 九州大学, 理学研究院, 助教 (50631769)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 人工光合成 / 二酸化炭素還元 / 水素発生 / 光電子移動 / 電気化学 / メタノール / メタン / 錯体触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
二酸化炭素（CO2）の逐次多電子還元反応を高選択的に駆動する金属錯体触媒の創出と反応制御を目的として推進する。
光／電気化学的なCO2多電子還元系を構築する上で、CO2の２電子還元により生成するCO（一酸化炭素）の活性化をいかに制御するかが鍵を握る。そのため、COを捕捉する錯体触媒の探索と逐次多電子還元過程への応用に注力する。
また、実験と理論の協奏に基づく多角的な反応機構解析により、逐次多電子還元の制御因子を解明し更なる高活性触媒の創製に挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、持続可能な脱炭素社会の実現を目指し、地球温暖化の主要因であるCO2の有用化合物への変換反応に関する研究が盛んに行われている。金属錯体などの分子性触媒については、分子レベルの反応制御に基づき高選択的なCO2還元が可能である。その一方で、その研究例のほとんどがCOやギ酸などの２電子還元生成物を与え、メタノール、メタン（６、８電子還元生成物）を生成する分子性触媒系はほとんど報告されていない。そこで、本研究ではCO2雰囲気下でCo(I)種形成に伴い安定なカルボニル（CO）中間種を形成し後続の逐次的な還元反応が期待される錯体触媒のCO2還元反応に対する機能評価を行った。
まず、光化学的なCO2還元反応に対する触媒特性の評価を行ったところ、CO2還元反応に対する触媒活性を示した。続いて、サイクリックボルタンメトリー（CV）を行ったところ、Ar雰囲気下において４段階の可逆的な酸化還元波を示した。次に、CO2雰囲気下で同様の測定を行ったところ、配位子還元に伴ったCO2還元に起因する電流値の増大が観測された。次に、CO2雰囲気下で定電位電解を行い還元生成物の分析を行った。その結果、CO以外の多電子還元に伴うガス／液相生成物は確認されなかった。その理由として、配位子還元に伴いCOを放散することが各種反応解析から明らかとなった。一方で、錯体触媒反応場にCOが強固に捕捉され続けるかについては、多種の錯体触媒に対し量子化学計算を行うことである程度予測できることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
目的とする二酸化炭素の多電子還元反応の遂行は確認されなかった。その一方で、錯体触媒反応場にCOが強固に捕捉され続けるかについては、計算化学的にある程度予測できることを見出した。そのような分子設計に基づき研究計画の達成が可能であると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
後続の還元過程においてもCOが強固に捕捉され続けることを計算化学的に確認している錯体触媒反応場において、CO2多電子還元過程の検討を行う。具体的には、定電位電解による生成物の検出、分光化学的測定による中間体の同定、並びに量子化学計算に基づく反応機構の解明を試みる。
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Report
(2 results)
Research Products
(26 results)
