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Development of Innovative Catalysts for Carbon Dioxide Reduction Composed of Semiconductor Coordination Polymers

Publicly Offered Research

Project AreaSupra-ceramics: Molecule-driven frontier of inorganic materials
Project/Area Number 23H04637
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

田中 大輔  関西学院大学, 理学部, 教授 (60589399)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords配位高分子 / カーボンニュートラル / 光触媒 / 半導体 / 二酸化炭素還元
Outline of Research at the Start

本研究課題では、半導体配位高分子を用いた、希少金属フリーの革新的CO2還元触媒を新たに合成・開発する。提案者がこれまでに開発してきた50種類以上の半導体配位高分子のCO2還元触媒特性をスクリーニング評価してデータベースを作成し、機械学習により触媒特性の支配因子を抽出する。それにより得られた情報に基づき、新規配位高分子触媒の合成戦略を確立し、革新的なCO2還元触媒の開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、半導体配位高分子を用いた、希少金属フリーの革新的CO2還元触媒を新たに合成・開発することを目的に研究を行った。特に、(1)新規半導体配位高分子のハイスループット合成、(2)開発した配位高分子のCO2還元触媒能の評価、(3)計算科学的手法による二酸化炭素還元触媒機構の解明と触媒合成の指針確立を実施した。
(1)新規半導体配位高分子のハイスループット合成:研究代表者が確立したデータ駆動型ハイスループット合成システムを活用し、効率的に条件探索空間内の実験を行い、新規半導体配位高分子を30種類合成することに成功した。特に、これまでは鉛やカドミウムなどの毒性の高い金属を含む配位高分子の合成に多く成功していた、より毒性の低い代替金属であるスズを用いた配位高分子の合成に複数成功した。
(2)開発した配位高分子のCO2還元触媒能の評価:領域内の共同研究により触媒特性の精密な評価を行った。我々が開発した物質のCO2還元光触媒特性をC02班の前田グループにて評価し、優れた選択性を持つ半導体触媒を発見した。また、研究代表者のグループで光触媒特性をスクリーニング評価する環境を整えた。
(3)計算科学的手法による二酸化炭素還元触媒機構の解明と触媒合成の指針確立:領域内の共同研究により計算科学的手法による触媒反応機構の評価を行った。我々が開発した物質のCO2還元光触媒機構の評価をB02班の辻准教授らと評価した。生成物の選択性には、配位高分子結晶表面への吸着構造が重要な役割を果たすことを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

領域内の共同研究を通して、研究代表者が開発した複数の新規半導体配位高分子が優れたCO2還元光触媒として機能することを見出した。さらに、計算科学的な手法でその反応機構の解明にも成功しており、当初予定より順調に研究は進展している。

Strategy for Future Research Activity

今年度同様に新規半導体配位高分子の開発と触媒特性評価を進めるとともに、反応機構のさらなる解明を目指す。さらに、これまでに構築したデータベースを用いて機械学習による解析を行い、CO2還元触媒の設計指針を確立していく。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Engineering of CdS-chain arrays assembled through S-S interactions in 1D semiconductive coordination polymers2024

    • Author(s)
      Nishibe Asuka、Akiyoshi Ryohei、Saeki Akinori、Ogasawara Kazuyoshi、Tsuruoka Takaaki、Tanaka Daisuke
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 60 Issue: 10 Pages: 1277-1280

    • DOI

      10.1039/d3cc05689a

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of substituent position on crystal structure and photoconductivity in 1D and 2D lead(II) benzenethiolate coordination polymers2024

    • Author(s)
      Akiyoshi Ryohei、Saeki Akinori、Ogasawara Kazuyoshi、Tanaka Daisuke
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 12 Issue: 6 Pages: 1958-1964

    • DOI

      10.1039/d3tc04362b

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Facile Room Temperature Synthesis of Precious‐Metal‐Free Coordination Polymer Photocatalyst for Improved Visible‐Light CO2 Reduction2023

    • Author(s)
      Suppaso Chomponoot、Kamakura Yoshinobu、Ueno Misaki、Hongo Sawa、Akiyoshi Ryohei、Ishiwari Fumitaka、Saeki Akinori、Tanaka Daisuke、Maeda Kazuhiko
    • Journal Title

      Solar RRL

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 2300710-2300710

    • DOI

      10.1002/solr.202300710

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tin(II)‐Based Metal Organic Frameworks Enabling Efficient, Selective Reduction of CO<sub>2</sub> to Formate under Visible Light2023

    • Author(s)
      Kamakura Yoshinobu、Suppaso Chomponoot、Yamamoto Issei、Mizuochi Ryusuke、Asai Yusuke、Motohashi Teruki、Tanaka Daisuke、Maeda Kazuhiko
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: - Issue: 28

    • DOI

      10.1002/anie.202305923

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] データ科学の知見を活用した金属‐有機構造体(MOF)の探索2023

    • Author(s)
      田中大輔
    • Organizer
      応用物理学会関西支部 2023年度 第1回講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 半導体MOFの開発と光触媒特性の評価2023

    • Author(s)
      田中大輔
    • Organizer
      活性炭技術研究会 第176回講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 機械学習を活用した新規MOFの探索2023

    • Author(s)
      田中大輔
    • Organizer
      第9回SPring-8先端放射光技術による化学イノベーション研究会/第90回SPring-8先端利用技術ワークショップ「-放射光分析×DXによる化学イノベーション-」
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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