2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Innovative Molecular Transformations from Molecular Dinitrogen Using Super-Catalysts
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20H05671
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西林 仁昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40282579)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉澤 一成 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (30273486)
坂田 健 東邦大学, 薬学部, 教授 (90328922)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | アンモニア / モリブデン / 窒素分子 / 触媒反応 / 鉄 / ヒドラジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究代表者らは、ごく最近に常温常圧の極めて温和な反応条件下で、窒素ガスから水をプロトン源に用いて触媒的にアンモニアを高効率に合成する手法の開発にごく最近に成功した。これまでに開発した一連の触媒を超える「超触媒」の開発とこれを利用した反応性が極めて低い窒素分子の革新的な分子変換反応の開発を行うことが本研究の主目的である。同時に、アンモニアからエネルギーを取り出す方法の開発に該当するアンモニアの触媒的分解反応の開発にも取り組む。得られる研究成果は、錯体化学や触媒化学などの直接関連する研究分野はもちろん、関連する幅広い研究分野にも大きなインパクトを与えることが期待される。 本年度は３つの研究課題の内、研究課題1について報告する。
研究課題１：従来の触媒能を凌駕し実用化可能な超触媒の開発
カルベン骨格を基盤としたPCP型ピンサー配位子を持つモリブデン錯体が極めて有効な触媒として触媒的アンモニア生成反応において働くことをこれまでに明らかにしてきた。開発に成功したモリブデン錯体を超える窒素固定触媒の開発を目的として、ベンゼン骨格を基盤としたPCP型ピンサー配位子を持つ鉄窒素錯体を設計・合成し、窒素固定能を検証した所、触媒当たりアンモニアが最高252当量とヒドラジンが68当量生成した。アンモニアとヒドラジンの合計は388当量に達した。この触媒能はモリブデン以外の金属触媒を用いた世界最高値である。分担者である吉澤先生による理論計算により、詳細な反応機構を明らかにすることにも成功した。本研究成果はBull. Chem. Soc. Jpn.誌に投稿掲載済みで、BCSJ賞を受賞し、雑誌の表紙にハイライトされた。
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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
本研究課題の進捗は、研究申請書で提案した研究計画に従って、当初の予定通りに順調に進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題２について、次年度以降に検討予定の項目を抜粋して説明する。
研究課題2：実用化可能な触媒的アンモニア合成反応系の開発： 電気化学的還元手法により再生可能なサマリウム錯体をメディエーターとして用いて利用可能な触媒的アンモニア生成反応の開発に取り組む。特に、より有効に働くメディエーターとして働く新規なサマリウム錯体の設計および合成に成功している予備知見を既に見出している。この予備的知見を踏まえて、より高活性な反応系の開発に取り組む。当初の申請書に記載している他の検討課題に関しても継続して検討を行う予定である。
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