2020 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 / 分子性触媒 / 超分子 / 二酸化炭素還元 / 酸素発生 / POM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、超高活性酸素発生触媒の反応機構解明、新規二酸化炭素還元触媒の創出、および超分子触媒系への展開に軸足を置いて研究を展開した。
酸素発生反応に関する研究については、単核コバルトポリオキソメタレート錯体（Co-POM）が従来報告されてきた分子性触媒の中でも優れた触媒特性を有することを明らかにした。さらにその速度論的解析を行うことで各種活性化パラメーターを算出し、分子内酸素ー酸素結合を経由する反応過程で酸素生成へと導かれることが強く示唆された。その反応機構は、その詳細な量子化学計算からも強く支持された。
他方、新規二酸化炭素還元コバルトポルフィリン錯体触媒（CoP）の開発にも成功した。興味深いことに、銅増感剤（CuPS）と組み合わせることで水溶液系においても90%という前例にない優れた二酸化炭素還元選択性を示すことを明らかにした。その要因について、量子化学計算を行い検証したところ、本錯体触媒は配位子中心の多電子還元過程を駆動するものの、中心金属はCo(II)状態を維持し、低原子価Co(I)種を形成せずに二酸化炭素を活性化することが示された。それに伴い、位相が整合することからCo(I)中間種では促進される水素イオン（H+）の活性化が抑制され、位相が整合するCo(II)種と二酸化炭素の活性化が促進されることが示された。さらに、CuPSとCoPが水溶液中で複合体を形成することが示され、超分子触媒系への展開が可能となった。一方で、CuPS-CoP複合体は、光反応サイクルで分解反応を促進する要因であることも見いだされたことから、何らかのアプローチで系の耐久性向上を図る必要性が認識された。
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| Research Progress Status |
令和2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 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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