2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of artificial photosynthetic system with efficient photocatalytic oxidation of water
| Project Area | Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes |
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| Project/Area Number |
24107003
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
井上 晴夫 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 特任教授 (90087304)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木 政行 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
神谷 信夫 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 教授 (60152865)
野口 巧 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (60241246)
鍋谷 悠 宮崎大学, 工学部, 准教授 (50457826)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 光化学系II / X線結晶構造解析 / 光合成水分解反応 / フーリエ変換赤外分光法 / 水の酸化触媒 / 金属錯体 / 水の２電子酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
A02班では、水を電子源とする人工光合成系を確立するために、「いかにして水から電子を引き抜くか？電子源に成し得るか？」に焦点を絞って研究を実施した。１）光化学系II複合体（PSII）の結晶解析についてＸ線照射による構造変化の可能性検証のためX線ドーズ量を徹底的に高ドーズ量から極微小ドーズ量まで変化させて検討した。PSIIの酸素発生中心（OEC）のＸ線還元による構造変化には0.1 MGy以下の領域にしきい値があり、そのしきい値以下ではOECの構造変化は極めて小さいことを初めて明らかにした。２）量子化学計算を用いたMn4CaO5クラスターのアミノ酸配位子の基準振動解析により、カルボキシル配位子の水分解反応における役割を明らかにした。また、時間分解赤外分光法を用いて水分解反応の鍵となる中間状態遷移の反応を追跡し、その遷移における水分子移動およびプロトン共役電子移動の反応過程を解明した。３）分子触媒による水の酸化分解反応について、アルミニウムやシリコンなどの極めて地球存在比が極めて高い汎用可能な元素を中心金属とするポルフィリン誘導体を用いて1電子酸化で誘起される水分子の高効率2電子酸化反応を見出した。水素と酸素の従来法に比して生成物分離が容易でエネルギー蓄積も1.4倍有利な過酸化水素と水素生成が可能になる画期的な発見である。４）高効率な水の酸化触媒能を有する錯体触媒の開発を目指し、独自に見出した二核ルテニウム(II)アコ錯体の酸化還元特性についてその分子過程を詳細に検討した。中性条件下では、錯体の2電子酸化により、Ru(III)2-(OH)2種が生成するのに対し、塩基性条件下では、配位子が2電子酸化されたRu(II)2-(μ-OOH)ペルオキソ種が化学量論的に生成することを見出した。この結果は、水の酸化のためのO-O結合形成に重要な洞察を与える研究結果である。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Mechanistic insight into reversible core structural changes of μ-hydroxo dinuclear ruthenium(II) complexes with a 2,8-di(2-pyridyl)-1,9,10-anthyridine backbone prior to water oxidation catalysis2017
Author(s)
M. Hirahara, S. Nagai, K. Takahashi, S. Watabe, T. Sato, K. Saito, T. Yui, Y. Umemura, M. Yagi
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Journal Title
Inorg. Chem
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Characterization of interfacial charge transfer photoexcitation on polychromium-oxo-electrodeposited TiO2 as an earth-abundant photoanode for visible-light-driven water oxidation2016
Author(s)
D. Chandra, R. Tsuriya, T. Sato, D. Takama, N. Abe, M. Kajita, D. Li, T. Togashi, M. Kurihara, K. Saito, T. Yui, M. Yagi
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Journal Title
ChemPlusChem.
Volume: 81
Pages: 1116- 1122
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 水の酸化の新展開2017
Author(s)
Haruo Inoue, Fazalrahman Kuttassery, Siby Mathew, Sebastian Nybin Remello, Arun Thomas, Daisuke Yamamoto, Satomi Onuki, Yu Nabetani, and Hiroshi Tachibana
Organizer
日本化学会第９７春季年会 中長期シンポジウム人工光合成2017
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 – 2017-03-16
Invited
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[Presentation] 光合成から人工光合成へ2016
Author(s)
神谷信夫
Organizer
サイエンステクノフロンティアフォーラム
Place of Presentation
東京大学駒場第1キャンパス 東京都目黒区
Year and Date
2016-09-03 – 2016-09-03
Invited
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