2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Highly Robust Catalytic Systems based on Supramolecular Capsules Encapsulating Metal Complexes
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18H01996
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
酒井 健 九州大学, 理学研究院, 教授 (30235105)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 水素発生 / 二酸化炭素還元 / 超分子 / 分子性触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、人工光合成反応過程を促進する超分子金属錯体の重要な構成素子となる二酸化炭素（CO2）還元反応を駆動する分子性触媒の開発に注力した。
水溶液中におけるCO2還元反応は水素発生反応との競合となり、水素発生の方が熱力学的に容易であるが、水溶性コバルトポルフィリン等を触媒とした光反応系において、CO2還元反応が水還元反応よりも選択性高く進行することを明らかにした。興味深いことに、高い水素生成触媒として機能するコバルト単核錯体のCO被毒解消に関する研究において、CO生成に関する高選択性の理由が解明された。具体的には、我々が実施したCO2還元反応条件（pH = 7; carbonate buffer）では水素発生が著しく抑制され、リン酸緩衝溶液を利用し、リン酸二水素イオン（H2PO4-）をプロトン供給源として共存させることが極めて重要であることが判明した。
その後の研究では、多電子貯蔵能を有するピリジニウムペンダントを導入したコバルトポルフィリン触媒でさらに高活性化と選択率の向上が可能であることを実証した（TON = 2700, Sel = 90%）。また、本錯体触媒の４電子還元種または５電子還元種の形成をトリガーとしてCO2還元反応が促進されていることを示した。なお、この反応系は史上初の水溶性銅光増感剤を用い構築された。
DFT計算によりこれらのコバルトポルフィリン錯体触媒のCO2還元反応機構を明確に解き明かすことにも成功した。
他方、貴金属を用いない環境適合型分子システムとして銅光増感剤と各種卑金属錯体触媒からなる光CO2還元反応系を創出することにも成功した。
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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
本年度は、当初の計画に従い本研究課題達成に不可欠な二酸化炭素還元反応を駆動する分子性触媒の開発に注力した。その結果、５種類の新規二酸化炭素還元分子性触媒の創出に成功した。このように本研究課題は研究計画に従いおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は高活性水素生成触媒の開発を行い、さらにこれまでに開発した分子性触媒を統合した超分子触媒系へと展開する。
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