2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of efficient catalytic system via the formation of pai-electronic activated crystalline host
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17K19185
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
近藤 美欧 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (20619168)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素還元 / 鉄ポルフィリン / 電気化学 / 自己集積化 / フレームワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水中での二酸化炭素（CO2）還元を効率よく進行させる触媒材料の開発を目指した。水中CO2還元反応は、環境負荷の少ない水をプロトン源とした化学エネルギー生産を可能にする点で魅力的な反応である。加えて、酸化側の半反応である水の酸化反応と組み合わせることで自立的な化学エネルギー生産系の構築へと繋がることが期待される。しかしながら、水中では、副反応である水の還元反応がより進行しやすいため、水中での選択的なCO2還元は困難であるとされる。
この目的を達成するために、鉄ポルフィリン錯体（Fe-BPPy）を新規に設計・合成した。Fe-BPPyは、対称性が高い活性中心の周りに、分子間相互作用サイトとなるピレニル基を有している。従って、Fe-BPPyを分子性触媒モジュールとして自己集積化させることで、非共有結合性相互作用によって安定化されたフレームワーク触媒が構築され、「隣接活性中心」と「基質濃縮サイト」の統合が達成されると期待した。
実際に、Fe-BPPyを再結晶によって自己集積化させたところ、隣接活性点ならびに疎水性チャネルを持つ構造体[Fe-BPPy]crystが構築されることが明らかになった。そこで次に、定電位電解実験を行い、[Fe-BPPy]crystならびに[Fe-TPP]crystの水中でのCO2還元能を調査した。－1.45 V (vs. Ag/AgCl)で1時間、定電位電解を行ったところ、[Fe-BPPy]crystはファラデー効率67.5％で二酸化炭素の還元生成物である一酸化炭素（CO）を生成することが明らかになった。この時の触媒回転数（Turnover number (TON)）は14.5であり、CO生成の選択性は89％に達した。以上より、「隣接活性中心」と「基質濃縮サイト」の機能統合が、有用な小分子変換触媒材料を構築する上で重要な戦略となることが示された。
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Research Products
(18 results)
