2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of Molecular Catalysts Promoting Multi-electron Reduction Reactions via Unique Proton-coupled Electron Transfer Pathways
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18K05150
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山内 幸正 九州大学, 理学研究院, 助教 (50631769)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プロトン共役電子移動 / 二酸化炭素還元 / 水素生成 / 分子性触媒 / 人工光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、プロトン共役電子移動（PCET）を経て二酸化炭素（CO2）還元反応を駆動する分子性触媒の創出に成功した。具体的には、大環状コバルト錯体触媒が、250 mVという低過電圧下でCO2還元反応を促進することを見出した。
他方、PCETを経て光化学的な水素生成反応を促進することが知られるコバルトNHC錯体触媒について、電子伝達剤の酸化還元電位を制御することによって、光水素生成速度や触媒回転数の向上に成功した。これまで犠牲還元剤EDTA、光増感剤[Ru(bpy)3]2+、電子伝達剤MV2+を含む光反応系において水素生成機能が評価されてきたが、酸化還元電位を制御した電子伝達剤を用いることにより、光反応系における水素生成を効率化させることに成功した。
MV2+を含む6種の電子伝達剤を用い新規光水素生成反応系を構築した。その結果、4種の電子伝達剤を用いた系で光水素生成初速度や触媒回転数の向上が見られた。中でも、最も良い活性を示した反応系において、その水素生成初速度は70倍になった。一方で、最も反応駆動力の大きな電子伝達剤を用いた系では水素生成量・速度の低下がみられた。これは、種々の時間分解分光測定の結果から、[Ru(bpy)3]2+の励起種（[Ru*(bpy)3]2+）の消光確率が低いためであることが示された。さらに、ほぼ同じ酸化還元特性を示すにもかかわらず、光水素生成量に大きな差が見られる２つの反応系が見出された。そこで、電子伝達剤の一電子還元種の安定性を光照射下におけるUV-Visスペクトル変化を追跡することで評価を行ったところ、より活性の低い電子伝達剤の還元種は安定性に劣ることが判明し、これがより低い水素生成量を示す要因であると結論付けた。
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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
本研究課題では、プロトン共役電子移動（PCET）を経て各種の多電子還元反応を駆動する新規反応系の構築を目的としている。
今回、PCETを経て二酸化炭素還元反応を駆動する新規分子性触媒の創出に成功した。
また、電子伝達剤の酸化還元特性を変化させることでPCETの反応駆動力を制御し、その反応制御因子を解明することに成功した。
このように、計画に従い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 |
今後は、単一分子で光増感作用を示しPCETを基盤とする触媒反応を駆動する分子性光触媒の開発を進める。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染症の拡大に伴い、当初の予定に反し研究協力者の協力が困難となった。具体的には、光増感作用と触媒作用を併せ持つ光分子性触媒の開発に関する研究を次年度にも実施し、繰り越した研究費を研究遂行に必要な物品費として充てる。
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