二酸化炭素捕捉機能を付与した光触媒による二酸化炭素還元反応の高効率化

• Project Area: Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
• Project/Area Number: 15H00885
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo University of Technology
• Principal Investigator: 森本 樹 東京工科大学, 工学部, 講師 (40452015)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 二酸化炭素還元 / 二酸化炭素捕捉 / 光触媒 / 鉄錯体 / 金属錯体 / 二酸化炭素の捕捉 / 人工光合成

Outline of Annual Research Achievements

二酸化炭素(CO2)の捕捉能をさらに向上させたCO2還元光触媒を開発するために、レニウム錯体の金属中心にヒドロキシ基を複数有する錯体を合成し、そのCO2捕捉能およびCO2還元能を検討した。昨年度に得ていたヒドロキシ基１個を持つレニウム錯体にはアトロプ異性体が存在するために、４割程度の錯体しかCO2捕捉に関与できなかったが、新規に合成した錯体ではアトロプ異性体は生成せず、期待通りにCO2捕捉能を示すことを明らかにした。しかし同時に、錯体の自己二量化によって一部の錯体がCO2捕捉に関与できなくなることもわかり、これがCO2還元能の低下につながることも見出した。
このレニウム錯体によるCO2捕捉を他の金属錯体にも適用し、CO2捕捉能を付与した新たな金属錯体光触媒の構築を目指した。具体的には、構造が剛直で、可視光領域に強い吸収帯をもち、化学修飾も容易なポルフィリンの鉄錯体を骨格とした。ポルフィリン鉄錯体の5位と15位のメソ位に1-ナフチル基をそれぞれ導入し、その２位にヒドロキシ基を導入することで、金属中心とその近傍に位置するヒドロキシ基によってCO2の捕捉が可能となる錯体を合成した。ポルフィリンの片方の面に２つのヒドロキシ基が位置するアトロプ異性体について、CO2を通気した塩基性溶液中でサイクリックボルタンメトリーを行ったところ、大きな触媒電流が観測された。一方で、ヒドロキシ基を持たない参照となるポルフィリン鉄錯体を測定したところ、わずかな触媒電流しか見られなかった。これは、鉄中心近傍のヒドロキシ基の有無、すなわち、CO2捕捉能の有無が、その電気化学的CO2還元能に影響を与えることを示唆している。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photocatalytic Reduction of Low Concentration of CO2 (2016)
  • Author(s): Nakajima, T.; Tamaki, Y.; Ueno, K.; Kato, E.; Nishikawa, T.; Ohkubo, K.; Yamazaki, Y.; Morimoto, T.; Ishitani, O.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Issue: 42 Pages: 13818-13821
  • DOI: 10.1021/jacs.6b08824
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 二酸化炭素還元の高効率化を目指した光触媒反応系の設計戦略 (2015)
  • Author(s): 森本樹
  • Journal Title: ケミカルエンジニアリング Volume: 60 Pages: 44-48
  • NAID: 40020470397
• [Presentation] 二酸化炭素捕捉能を有する金属錯体光触媒の合成とその光触媒反応 (2017)
  • Author(s): 森本 樹,北村 智美
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 非共有結合性相互作用や可逆的結合を利用した光機能性金属錯体の創製 (2017)
  • Author(s): 森本樹
  • Organizer: 機能性分子創成の最前線
  • Place of Presentation: 東京工科大学 蒲田キャンパス（東京都大田区）
  • Year and Date: 2017-03-15
  • Invited
• [Presentation] PHOTOCATALYTIC CO2 REDUCTION USING RHENIUM(I) COMPLEXES WITH CO2 CAPTURE ABILITY (2017)
  • Author(s): Tatsuki Morimoto, Tomomi Kitamura
  • Organizer: 2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: 立命館大学 朱雀キャンパス（京都府京都市）
  • Year and Date: 2017-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CO2捕捉能を有するCO2還元金属錯体光触媒の開発 (2017)
  • Author(s): 森本樹, 北村智美, 加藤裕貴
  • Organizer: 新学術領域研究「人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合」第5回最終公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2017-01-28
• [Presentation] 二酸化炭素を捕捉する金属錯体光触媒の合成と性質 (2016)
  • Author(s): 森本 樹,北村 智美
  • Organizer: 2016年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] PHOTOCATALYTIC CO2 REDUCTION BY RHENIUM(I) COMPLEXES CAPTURING CO2 (2016)
  • Author(s): Tatsuki Morimoto, Tomomi Kitamura
  • Organizer: 2nd UK-Japan Workshop on Solar Fuels and CO2 Conversion
  • Place of Presentation: 英国大使館（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2016-06-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CO2 Capture and Photocatalytic CO2 Reduction by Rhenium(I) Complexes (2016)
  • Author(s): Tatsuki Morimoto, Tomomi Kitamura
  • Organizer: Twelfth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP16)
  • Place of Presentation: 立命館大学 草津キャンパス（滋賀県草津市）
  • Year and Date: 2016-06-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二酸化炭素を捕捉する二酸化炭素還元光触媒の開発 (2016)
  • Author(s): 森本樹
  • Organizer: 人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合 第４回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学・葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2016-01-29
• [Presentation] Efficient photocatalytic CO2 reduction involving a CO2-capturing Re(I) complex (2015)
  • Author(s): Tatsuki Morimoto, Osamu Ishitani
  • Organizer: THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES 2015
  • Place of Presentation: オアフ（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photocatalytic CO2 reduction systems using CO2 capturing ability of Re(I) complexes (2015)
  • Author(s): Tatsuki Morimoto
  • Organizer: THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES 2015
  • Place of Presentation: オアフ（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CO2 Capture and Photocatalytic CO2 Reduction by Rhenium(I) Complexes (2015)
  • Author(s): Tatsuki Morimoto
  • Organizer: Third International Symposium on the Photofunctional Chemistry of Complex Systems
  • Place of Presentation: マウイ（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 東京工科大学工学部応用化学科・森本研究室
  • URL: http://www.cloud.teu.ac.jp/public/ENF/morimotottk/index.html
• [Remarks] 光機能性錯体化学研究室ホームページ
  • URL: http://www.cloud.teu.ac.jp/public/CSF/morimotottk/index.html