2020 Fiscal Year Annual Research Report
Design of Biomimetic Porous Coordination Polymers Realizing Antenna Effects and Highly Efficient Multi-electron Oxidation
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18K14305
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
堀内 悠 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90611418)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 多孔性金属錯体 / 光触媒 / 可視光応答性 / 光水素製造 / 水の酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無尽蔵な太陽光エネルギーを化学エネルギーへと変換することが可能な人工光合成反応は、現在のエネルギー・環境問題の解決策として有望視されている。その実現に向けては、反応系構築のボトルネックとなっている水の酸化による酸素発生反応の高効率化や光の利用効率の向上が求められる。本申請課題では、自己組織化を通して、ボトムアップ的に、かつ規則的高密度に金属酸化物クラスターと有機分子を配列できる多孔性金属錯体（PCP）の有機－無機ハイブリッド骨格に着目し、植物の光合成中心に見られる優れた多電子酸化活性サイトと集光アンテナ系を模倣した構造を固体材料内に構築することで、高い多電子酸化能と光の利用効率を実現する水分解用光触媒の開発を進めている。
最終年度は、有機リンカー部位で捕集した光エネルギーを効果的に利用する水素生成PCP光触媒の開発の観点から、金属酸化物クラスターの設計に着手した。安定性に優れるジルコニウム系PCPのクラスターの一部を電子受容能に優れるチタン種で置き換えたPCP光触媒を調製した結果、純粋なジルコニウム系PCPでは生じない有機リンカーから金属酸化物クラスターへの新たな電子移動パスを構築することに成功した。これにより、有機リンカー部位で光を捕集し、金属酸化物クラスター上で水素生成反応を促すことが可能な水素生成PCP光触媒の開発を実現した。また、同光触媒が光水素生成反応の反応条件下で優れた安定性を示すことも確認することができた。さらに、そのPCP光触媒の有機リンカー部位に可視光吸収機能を付与する観点から、有機リンカー上での金属錯体形成を試みた。その結果、錯体形成によりPCP光触媒の吸収波長域が拡大し、可視光照射下での光水素生成反応が実現された。
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