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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of efficient catalytic system via the formation of pai-electronic activated crystalline host

Research Project

Project/Area Number 17K19185
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

近藤 美欧  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (20619168)

Project Period (FY) 2017-06-30 – 2021-03-31
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
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。

  • Research Products

    (18 results)

All 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Electrochemical Polymerization Provides a Function‐Integrated System for Water Oxidation2021

    • Author(s)
      Iwami Hikaru、Okamura Masaya、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 60 Pages: 5965~5969

    • DOI

      10.1002/anie.202015174

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modulation of Self‐Assembly Enhances the Catalytic Activity of Iron Porphyrin for CO 2 Reduction2021

    • Author(s)
      Tasaki Masahiro、Okabe Yuki、Iwami Hikaru、Akatsuka Chiharu、Kosugi Kento、Negita Kohei、Kusaka Sinpei、Matsuda Ryotaro、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
    • Journal Title

      Small

      Volume: in press Pages: 2006150~2006150

    • DOI

      10.1002/smll.202006150

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電気化学重合を利用した機能統合型酸素発生触媒システムの構築2021

    • Author(s)
      石見 輝、近藤 美欧、正岡 重行
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Presentation] 鉄ポルフィリン錯体による電気化学的二酸化炭素還元におけるプロトン移動過程:機構解明と能動的制御2021

    • Author(s)
      小杉 健斗、近藤 美欧、正岡 重行
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Presentation] 銅ポルフィリン錯体を用いた電気化学的な小分子変換反応2021

    • Author(s)
      鹿島 日菜、小杉 健斗、嵯峨 裕、近藤 美欧、正岡 重行
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Presentation] Rh二核錯体から構築される置換活性サイト内在型フレームワークを用いたC-H挿入反応2021

    • Author(s)
      藤澤 信樹、石見 輝、伊東 貴宏、可知 真美、嵯峨 裕、近藤 美欧、正岡 重行
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Presentation] Rhパドルホイール錯体を基盤とするフレームワーク材料の構築2021

    • Author(s)
      奥田 佳那子、石見 輝、藤澤 信樹、嵯峨 裕、近藤 美欧、正岡 重行
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Presentation] 機能統合戦略に基づく小分子変換反応の開発2021

    • Author(s)
      近藤 美欧
    • Organizer
      有機金属若手研究者の会
    • Invited
  • [Presentation] Development of Function-Integrated Catalytic System for Small Molecule Conversion2021

    • Author(s)
      Mio KONDO
    • Organizer
      The Second Joint Symposium between CSLT and CSJ “Catalyst for Energy Conversion and Storage”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication of a Function-Integrated Electrocatalytic Water Oxidation System via Electrochemical Polymerization2020

    • Author(s)
      Hikaru IWAMI, Mio KONDO, Shigeyuki MASAOKA
    • Organizer
      錯体化学会第70回討論会
  • [Presentation] Synthesis and Properties of Iron Porphyrin Complexes with Proton Responsive Sites for CO2 reduction2020

    • Author(s)
      Kento KOSUGI, Yutaka SAGA, Mio KONDO, Shigeyuki MASAOKA
    • Organizer
      錯体化学会第70回討論会
  • [Presentation] Rh二核錯体から構築される置換活性サイト内在型フレームワークの反応性2020

    • Author(s)
      藤澤信樹、石見輝、可知真美、藤澤真由、嵯峨裕、近藤美欧、正岡重行
    • Organizer
      錯体化学会第70回討論会
  • [Presentation] Rh二核錯体から構築される置換活性サイト内在型フレームワークの反応性2020

    • Author(s)
      藤澤信樹、石見輝、可知真美、藤澤真由、嵯峨裕、近藤美欧、正岡重行
    • Organizer
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [Presentation] ピレン基を有する金属ポルフィリン錯体の合成とフレームワーク構築2020

    • Author(s)
      赤塚 千春、小杉 健斗、石見 輝、田崎 雅大、岡部 佑紀、嵯峨 裕、近藤 美欧、正岡 重行
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Presentation] 機能統合戦略に基づく小分子変換系の構築2020

    • Author(s)
      近藤美欧
    • Organizer
      第126回フロンティア材料研究所学術講演会 『有機・錯体・無機材料の構造と機能』
    • Invited
  • [Book] 生命金属ダイナミクス2021

    • Author(s)
      近藤美欧、正岡重行
    • Total Pages
      564
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-86043-706-0
  • [Book] 高機能性金属錯体が拓く触媒科学2020

    • Author(s)
      近藤美欧、正岡重行
    • Total Pages
      224
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      978-4-7598-1397-5
  • [Book] 光エネルギー変換における分子触媒の新展開2020

    • Author(s)
      近藤美欧、正岡重行
    • Total Pages
      224
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      978-4-7598-1398-2

URL: 

Published: 2021-12-27  

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