2018 Fiscal Year Research-status Report
結晶性ホストへの戦略的機能統合による革新的触媒システムの構築
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17K19185
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
近藤 美欧 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (20619168)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 錯体化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、化石燃料の枯渇や地球温暖化といった環境問題により、持続可能なエネルギー変換システムの構築が求められており、二酸化炭素 (CO2) の還元触媒の開発が重要な研究課題となっている。そのため、CO2の還元触媒として様々な触媒が研究されているが、その中の一つに金属ポルフィリン錯体が挙げられる。ポルフィリン錯体はmeso位に様々な置換基を導入することができ、触媒能を向上させることが可能である。そこで、本研究では、金属ポルフィリン錯体の置換基に分子間相互作用を示すピレンを導入することで、CO2還元反応に有利な空間を有するフレームワーク触媒を自己集積化により構築することを志向した。このような考えに基づき、ピレン置換基を有するポルフィリン (H-BPPy) を設計した。そして、このポルフィリンを用いて金属ポルフィリン錯体 (M-BPPy) を合成し、CO2還元反応の触媒活性について評価することを研究の目的とした。
本年度の研究においては、鉄ポルフィリン錯体(Fe-BPPy) の合成・構造決定・触媒機能評価を実施した。Fe-BPPyの単結晶X線構造解析では、ピレン置換基のCH-π相互作用によりフレームワークが構築されていることが確認された。よってFe-BPPyは、CO2の凝集に適した疎水場と、CO2の活性化に適した近接した活性中心を有するフレームワーク構造を自己集積化により構築できることが示唆された。そこで、Fe-BPPyの結晶を担持したカーボンクロスを作用電極とし、CO2を飽和させたNaHCO3水溶液中で定電位電解を行った。その結果、還元反応が進行し、COとHCOOHの生成が確認された。また得られた触媒能をピレン置換基を持たない錯体（Fe-TPP）と比較したところFe-BPPyのCOの生成におけるファラデー効率はFeTPPと比較して大きくなることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、相補的相互作用サイトを有するポルフィリン分子を用いた結晶性ホストの創出ならびに結晶性ホストの疎水的空間を利用した物質変換反応系の構築を目指し、研究を行っている。本年度の研究においては、鉄ポルフィリン錯体にピレン置換基を導入することで、フレームワーク構造が構築可能であること、また得られたフレームワークを用いた場合、フレームワーク構造を持たない錯体と比較して触媒能が向上することが確認された。したがって、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究においては、ピレニル置換基以外の置換基を導入したポルフィリン錯体を新たに合成し、異なる反応場を有するフレームワーク構造の構築を行う。得られたフレームワークについて反応場の構造・物性・触媒能を詳細に調査し、反応場が触媒能に与える影響について系統的な評価を行いたいと考えている。導入する置換基の一例としては、まず相補的相互作用を示すことが期待できるアレーン―パーフルオロアレーン型サイトの利用を考えている。また水素結合型相互作用サイト・D-A型相互作用サイト等の比較的強い分子間相互作用を示すサイトの導入についても検討する予定である。いずれの場合においても、金属ポルフィリン錯体の基礎物性を均一溶液中で評価した後、フレームワーク状態での物性評価を行い、両者を比較することで反応場導入の影響を明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
平成30年度の研究においては、研究協力者として参画する予定であった学生一名の参画が難しくなったため、当該学生の研究活動に必要となる消耗品費ならびに旅費が不要となった。以上の理由から次年度使用額が生じている。これらの予算に関しては次年度以降に試薬等の消耗品の購入費用ならびに研究代表者ならびに研究協力者の旅費に充てる予定である。
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