Elucidation of CO2 Reduction Reaction Mechanism of Metal Complex Catalysts Using Metal Complex-Semiconductor Hybrid Photoelectrode

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05516
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
• Research Institution: Toyota Central R&D Lab., Inc.
• Principal Investigator: Keita Sekizawa 株式会社豊田中央研究所, 元素還元研究領域, なし (00783458)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 人工光合成 / CO2変換 / 反応機構 / 金属錯体 / 分子触媒 / 金属錯体-半導体ハイブリッド光電極 / 光電気化学 / 量子化学計算

Outline of Final Research Achievements

Artificial photosynthesis technology enables the recycling of CO2 into valuable compounds such as CO and formic acid, using sunlight as an energy source and water as an electron source. However, one of the challenges for the advancement of artificial photosynthesis technology is that the mechanism of CO2 conversion has not been clarified, and no guidelines have been obtained for producing CO and formic acid selectively and for improving their performance. In this study, we focused on metal complex catalysts and investigated their CO2 conversion mechanisms. By linking fragmentary information obtained from experiments using our original metal complex-semiconductor hybrid photoelectrode with theoretical inferences based on quantum chemical calculations, we have elucidated the reaction mechanism by which CO and formic acid are obtained from CO2.

Free Research Field

触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で反応機構を解明した金属錯体は、分子構造を自在にデザインできるという特徴がある。本研究で得られた反応機構に基づき、分子デザインを行うことで、高効率化やCO/ギ酸の作り分けが行える可能性があり、学術的な発展が期待できる。COは合成ガソリンの原料、ギ酸は化成品として利用できる化合物である。この研究成果を基にした今後の高効率化や作り分け技術の確立は、CO2変換系のトータルコストの削減を可能にし、人工光合成技術の社会実装につながり得る。本研究成果は、分子触媒技術ならびに金属錯体-半導体ハイブリッド技術が地球温暖化や将来的なエネルギー・炭素資源の枯渇の問題解決へ貢献する可能性をさらに高めた。