| Project/Area Number |
22K14542
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Katayama Yu 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70819284)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | ナノ反応場 / 電極触媒 / オペランド分光 / 水素結合ネットワーク / ルイス酸性 / オペランド分光法 / エネルギー変換反応 / 物質変換反応 / 電気化学 / 界面化学 |
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| Outline of Research at the Start |
層状酸化物の層間に触媒活性サイトを導入し、層間を反応の舞台（＝ナノ反応場）に見立てる。これにより、「触媒反応が実際に進行する」活性サイトとその周囲の環境の精密設計を目指す。具体的には、金属錯体を活性サイトと捉え、その (1)配位状態、(2)距離を配位子設計により最適化する。さらに、反応場が狭小であることを用いて、(3)溶媒である水分子の相互作用を制御する。さらに、オペランド分光法を用いることでナノ反応場で進行する反応のメカニズムを解明し、触媒材料設計にフィードバックする。これらにより、反応素過程の選択的制御を実現し、真に目的反応に最適化された革新的触媒を創成する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We have succeeded in synthesizing electrocatalysts in which catalytically active sites consisting of metal complexes are introduced between the layers of layered manganese oxides, and the layers are regarded as a reaction field (= nano reaction field). Specifically, in addition to using a single metal complex as the active site, we have succeeded in synthesizing electrocatalysts in which multiple metal complexes exist in a coexistent state. Furthermore, the interlayer environment during various electrochemical reactions was successfully observed using operando spectroscopy. These results led us to propose (1) a concerted reaction mechanism between adjacent active sites specific to nano-reaction fields and (2) the modulation effect of solvent on the hydrogen bonding network, as factors controlling the activity of electrocatalytic reactions in nano-reaction fields.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究で設計に成功したナノ反応場は、電気化学反応に必要な要素（触媒、溶媒、第三体分子）が収容され、目的とする反応基質のみがアクセス可能な電気化学反応場である。ナノ反応場の設計が深化すれば、電気エネルギーによる物質変換（Power-to-X）を担う電気化学反応の理想形である「普遍的な原料から、所望の生成物のみを、必要最小限のエネルギーで得ること」の実現に一歩近づく。
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