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Experimental and theoretical study for efficient hydrogen evolution catalyzed by polynuclear rhodium complexes with proton-capture properties

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space
Project/Area Number 18H05166
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionShimane University

Principal Investigator

片岡 祐介  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (20725543)

Project Period (FY) 2018-06-29 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords人工光合成 / 光水素発生 / 金属錯体 / ロジウム錯体 / 水素発生 / 多核金属錯体 / 量子化学計算 / PCET / 水素生成 / 反応メカニズム
Outline of Annual Research Achievements

申請者は、アーチ型ジカルボン酸[1,8-Anthracenedicarboxylic Acid(H2ADC)の2箇所あるカルボン酸のうち1箇所のみがロジウム二核骨格に配位した錯体[Rh2(O2CCH3)3(HADC)][錯体1]の開発に成功し、同ロジウム二核錯体が、非配位なカルボン酸基を使用してPCET機構にて水素を発生することが可能であることを電気化学測定から明らかにしている。本年度の研究では、H2ADCと類似な架橋分子構造を形成が期待できる2,7-Di-tert-butyl-9,9-dimethylxanthene-4,5-dicarboxylic acid(H2XDC)を配位子として有するロジウム二核錯体[Rh2(O2CCH3)3(HADC)] [錯体2]の開発, 電気化学測定, 光水素発生反応を調査した。錯体2は、酢酸ロジウムとH2XDCの水熱合成によって得られ、1H NMR, ESI-TOF-MS, 元素分析測定から目的物質が単離できていることを確認した。電気化学測定の結果から、錯体2は、錯体1と同様にPCET機構で水素発生が行われることが確認されたが、その水素発生電位は錯体1に比べ若干ネガティブな電位にシフトした。現在、密度汎関数(DFT)法を使用することで、詳細な水素発生機構を理論的に調査している。シクロメタレート型イリジウム錯体である[Ir(ppy)2(dtBubpy)]PF6を光増感剤として使用することで、錯体2は錯体1とほぼ同程度の水素発生が可能であることを確認できている。以上の研究に加え、(i)H2ADCを配位子として有するパラジウム二核錯体, 白金二核錯体, ルテニウム二核錯体のや(ii)[Rh2(O2CF3)3(HADC)]の開発を行い、それらの錯体が錯体1に比べより低過電圧で水素を発生可能であることを明らかにした。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (42 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 5 results) Presentation (34 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Photocatalytic and electrocatalytic hydrogen production using nickel complexes supported by hemilabile and non-innocent ligands2020

    • Author(s)
      Inoue, Satoshi; Yan, Yin-Nan; Yamanishi, Katsunori; Kataoka, Yusuke; Kawamoto, Tatsuya
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 56 Issue: 19 Pages: 2829-2832

    • DOI

      10.1039/c9cc09568c

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coordination-induced Self-Assembly of a Heteroleptic Paddlewheel-type Dirhodium Complex2020

    • Author(s)
      Kazuki Arakawa, Natsumi Yano, Nanako Imasaki, Yoshihiro Kohara, Daiki Yatsushiro, Daiki Atarashi, Makoto Handa, Yusuke Kataoka*
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 10 Issue: 2 Pages: 85-85

    • DOI

      10.3390/cryst10020085

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Paddlewheel-type Diruthenium(III, III) Tetrakis(2-aminopyridinate) Complexes with NIR Absorption Features: Combined Experimental and Theoretical Study2019

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka,* Nanako Imasaki, Kazuki Arakawa, Natsumi Yano, Hiroshi Sakiyama, Tamotsu Sugimori, Minoru Mitsumi, Makoto Handa
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 48 Issue: 33 Pages: 12421-12429

    • DOI

      10.1039/c9dt02271f

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental and Theoretical Study of Photochemical Hydrogen Evolution Catalyzed by Paddlewheel‐Type Dirhodium Complexes with Electron Withdrawing Carboxylate Ligands2019

    • Author(s)
      Kataoka, Yusuke; Yano, Natsumi; Kohara, Yoshihiro; Tsuji, Takeshi; Inoue, Satoshi; Kawamoto, Tatsuya
    • Journal Title

      ChemCatChem

      Volume: 11 Issue: 24 Pages: 6218-6226

    • DOI

      10.1002/cctc.201901534

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photooxidation Reactions of Cyclometalated Palladium(II) and Platinum(II) Complexes2019

    • Author(s)
      Yasuda, Jun; Inoue, Keisuke; Mizuno, Koichi; Arai, Shiho; Uehara, Koushi; Kikuchi, Asumi; Yan, Yin-Nan; Yamanishi, Katsunori; Kataoka, Yusuke; Kato, Mai; Kawai, Akio; Kawamoto, Tatsuya
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 58 Issue: 23 Pages: 15720-15725

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b01492

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Intrinsic Hydrogen Evolution Capability and Theoretically Supported Reaction Mechanism of Paddlewheel-type Dirhodium Complex2019

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka, Natsumi Yano, Makoto Handa, Tatsuya Kawamoto
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: - Issue: 21 Pages: 7302-7312

    • DOI

      10.1039/c8dt05035j

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  • [Journal Article] Synthesis, Characterization, Absorption Properties, and Electronic Structures of Paddlewheel-Type Dirhodium(II) Tetra-μ-(n-naphthoate) Complexes: An Experimental and Theoretical Study2019

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka, Raiki Fukumoto, Natsumi Yano, Daiki Atarashi, Hidekazu Tanaka, Tatsuya Kawamoto, Makoto Handa
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 24 Issue: 3 Pages: 447-447

    • DOI

      10.3390/molecules24030447

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Experimental and Theoretical Study for Dimer-of-Dimers-type Tetrarhodium(II) Complexes Bridged by 1,4-Benzenedicarboxylate Linkers2018

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka, Kazuki Arakawa, Hikaru Ueda, Natsumi Yano, Tatsuya Kawamoto, Makoto Handa
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 47 Issue: 48 Pages: 17233-17242

    • DOI

      10.1039/c8dt03293a

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      2018 Annual Research Report
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  • [Presentation] パドルホイール型金属二核錯体のボトムアップ化による超分子金属錯体の開発2019

    • Author(s)
      片岡祐介
    • Organizer
      2019年先端錯体工学研究会ミニシンポジウムat島根大学
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  • [Presentation] ロジウム多核錯体を基盤とした人工光合成システムの開発2019

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      片岡祐介
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      第12回中国四国地区錯体化学研究会・錯体化学若手の会 中国四国支部第4回勉強会
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  • [Presentation] 多核金属錯体を含む人工光合成システムによる水素製造2019

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      片岡祐介
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      島根大学開学70周年記念事業高大連携課題研究発表会
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  • [Presentation] Potential hydrogen evolution ability and reaction mechanism of paddlewheel-type dirhodium complexes2019

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      Yusuke Kataoka
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      The 8th Asia Pacific Congress on Catalysis (APCAT-8)
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  • [Presentation] Photochemical hydrogen evolution from aqueous solution using homogeneous artificial photosynthetic system with cyclometalated iridium complexes coordinated with 5,5'-trifluoromethyl-2,2'-bipyridine2019

    • Author(s)
      Natsumi Yano, Yusuke Kataoka
    • Organizer
      The 8th Asia Pacific Congress on Catalysis (APCAT-8)
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Photochemical hydrogen evolution from water catalyzed by dimer-of-dimers-type tetrarhodium complexes2019

    • Author(s)
      Kazuki Arakawa, Natsumi Yano, Yusuke Kataoka
    • Organizer
      The 8th Asia Pacific Congress on Catalysis (APCAT-8)
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Weak-binding siteを有するパドルホイール型ロジウム二核錯体の次元横断相転移を利用したメカノクロミズム特性の発現2019

    • Author(s)
      荒川和樹, 矢野なつみ, 川本達也, 片岡祐介
    • Organizer
      錯体化学会第69回討論会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] アミノピリジン架橋パドルホイール型ルテニウム(III)二核錯体の合成2019

    • Author(s)
      今崎那奈子, 片岡祐介, 矢野なつみ, 崎山博史, 杉森保, 満身稔, 半田真
    • Organizer
      錯体化学会第69回討論会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Weak-binding siteを有するパドルホイール型ロジウム二核錯体の次元横断相転移を利用したメカノクロミズム特性の発現2019

    • Author(s)
      荒川和樹・矢野なつみ・川本達也・片岡祐介
    • Organizer
      第9回CSJ化学フェスタ2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] アミノピリジン架橋パドルホイール型ルテニウム(Ⅲ)錯体の電子状態と近赤外吸収特性2019

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      今崎那奈子, 片岡祐介, 矢野なつみ, 崎山博史, 杉森保, 満身稔, 半田真
    • Organizer
      第9回CSJ化学フェスタ2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] パドルホイール型ロジウム二核錯体の次元横断相転移によるクロミズム特性の発現2019

    • Author(s)
      荒川和樹, 矢野なつみ, 野澤俊介, 川本達也, 片岡祐介
    • Organizer
      2019年日本化学会中国四国支部大会徳島大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子吸引基を有するシクロメタレート型イリジウム錯体を用いた水の光還元反応2019

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      矢野なつみ, 片岡祐介
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      2019年日本化学会中国四国支部大会徳島大会
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  • [Presentation] ロジウム二核サイトを有するポリオキソメタレートの合成と光水素発生反応2019

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      中野翔太, 矢野なつみ, 片岡祐介
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      2019年日本化学会中国四国支部大会徳島大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ベンズアミジン配位子を有するパラジウム二核錯体の合成と発光特性2019

    • Author(s)
      谷口光輝, 矢野なつみ, 片岡祐介
    • Organizer
      2019年日本化学会中国四国支部大会徳島大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] テトラキス(1-ピレンカルボン酸)ロジウム二核錯体を基盤とした超分子錯体の開発2019

    • Author(s)
      小原吉浩, 荒川和樹, 矢野なつみ, 片岡祐介
    • Organizer
      2019年日本化学会中国四国支部大会徳島大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 近赤外吸収特性を有するアミノピリジン架橋ルテニウム(III)二核錯体の置換基効果2019

    • Author(s)
      今崎那奈子, 矢野なつみ, 崎山博史, 満身稔, 半田真, 片岡祐介
    • Organizer
      2019年日本化学会中国四国支部大会徳島大会
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  • [Presentation] Cyclometalated Iridium Complexes Coordinared With 5,5'-Trifluoromethyl-2,2'-bipyridine as the Robust Photosensitizers for Photochemical Hydrogen Evolution2019

    • Author(s)
      Natsumi Yano, Yusuke Kataoka
    • Organizer
      3rd International Solar Fuels Conference/International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ISF-3/ICARP2019)
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  • [Presentation] Photochemical and Electrochemcial Hydrogen Evolution Catalyzed by Dirhodium Complexes wih Various Bridging Carboxylate ligands2019

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka, Natsumi Yano, Tatsuya Kawamoto
    • Organizer
      3rd International Solar Fuels Conference/International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ISF-3/ICARP2019)
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アンカー型ロジウム二核錯体の光水素発生機構に関する実験と理論研究2019

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      片岡祐介
    • Organizer
      光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製 第2回公開シンポジウム
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  • [Presentation] パドルホイール型金属二核錯体を基盤とした構造と機能性の化学2019

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      片岡祐介
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      神奈川大学湘南ひらつかキャンパス開設30年記念 理学部・理学研究科卒業生による講演会
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  • [Presentation] 電子吸引性基を有する新規シクロメタレート型イリジウム錯体による水の光還元反応,2018

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      矢野なつみ, 半田真, 片岡祐介
    • Organizer
      錯体化学会第68回討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アミノ基を有するPaddlewheel型ロジウム二核錯体の合成と集積制御2018

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      荒川和樹, 片岡祐介, 川本達也, 半田真
    • Organizer
      錯体化学会第68回討論会
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  • [Presentation] ベンズアミジナート架橋を有するパドルホイール型ルテニウム二核錯体の電子状態と磁気的性質2018

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      奥野愛里, 片岡祐介, 崎山博史, 満身稔, 川本達也, 半田真
    • Organizer
      錯体化学会第68回討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] オルトメタル化パラジウム及び白金錯体の光酸化反応2018

    • Author(s)
      安田詢, 片岡祐介, 山西克典, 川本達也
    • Organizer
      錯体化学会第68回討論会
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  • [Presentation] Electronic Structures and Magnetic Properties of Paddlewheel-type Diruthenium(III,III) Complexes with Benzamidinate Ligands2018

    • Author(s)
      Airi Okuno, Yusuke Kataoka, Hiroshi Sakiyama, Minoru Mitsumi, Tatsuya Kawamoto, Makoto Handa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photophysical and Electrochemical Properties of Cyclometalated Iridium(III) Complexes coordinated with 5,5'-Bis(trifluoromethyl)-2,2'-bipyridine2018

    • Author(s)
      Natsumi Yano, Makoto Handa, Yusuke Kataoka
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Artificial Photosynthetic Systems involving Polynulear Rhodium Complexes as Catalysts for Hydrogen Evolution: Interplay of Experimental and Teoretical Studies2018

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka
    • Organizer
      The 3rd International Symposium on Hydrogen Energy-based Society
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] アンカー型ロジウム二核錯体による高効率な水の光還元反応と水素発生機構の解明2018

    • Author(s)
      矢野なつみ, 半田真, 川本達也, 片岡祐介
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ジカルボン酸架橋配位子を有するDimer-of-Dimer型ロジウム四核錯体の合成と構造に由来する性質2018

    • Author(s)
      荒川和樹, 片岡祐介, 植田光, 矢野なつみ, 川本達也, 半田真
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 合成後修飾法による新規シクロメタレート型イリジウム錯体の開発と光水素発生反応2018

    • Author(s)
      矢野なつみ, 片岡祐介, 川本達也, 半田真
    • Organizer
      2018年日本化学会中国四国支部大会
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  • [Presentation] Twist-box型Rh4Cl4錯体の合成と反応性2018

    • Author(s)
      片岡祐介, 矢野なつみ, 富永哲也, 越猪昂幸, 半田真
    • Organizer
      2018年日本化学会中国四国支部大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アミノ基を有するPaddlewheel型ロジウム二核錯体の集積制御とメカノクロミズムの発現2018

    • Author(s)
      荒川和樹, 片岡祐介, 矢野なつみ, 川本達也, 半田真
    • Organizer
      2018年日本化学会中国四国支部大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アミノピリジンを配位子に用いたパドルホイール型ルテニウム二核錯体の合成と電子状態2018

    • Author(s)
      今崎那奈子, 片岡祐介, 奥野愛里, 崎山博史, 満身稔, 半田真
    • Organizer
      2018年日本化学会中国四国支部大会
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  • [Presentation] Synthesis, Crystal Structuresm and Reactivities of Rh4Cl4 Complexes with Unique Twisted-Box Shape Core2018

    • Author(s)
      Yusuke Kataoka
    • Organizer
      The 25th International SPACC Symposium
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-07-20   Modified: 2021-01-27  

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