2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Molecular Devices for Solar Fuels Generation based on Carbon Nitride Composites
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21H01952
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山内 幸正 九州大学, 理学研究院, 助教 (50631769)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 錯体触媒 / カーボンナイトライド / 二酸化炭素還元 / 水素生成 / 酸素生成 / 反応機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光触媒としてグラファイトおよびメソポーラスグラファイトカーボンナイトライド（C3N4）、CO2還元触媒として種々のコバルト錯体触媒をそれぞれ合成した。まず、CO2飽和NaHCO3水溶液において、[Ru(bpy)3]2+またはCu錯体を光増感剤として用い、犠牲還元試薬としてアスコルビン酸の存在下でコバルト錯体の触媒機能を評価した。この条件下では、4時間の可視光照射で比較的高い触媒回転数と選択性（TON = 940, SelCO = 79%）で一酸化炭素（CO）を発生し、本錯体触媒がCO2還元の電極触媒として機能することが示された。次に、この錯体触媒をC3N4上に固定化し、このハイブリッド系の触媒性能を評価した。犠牲還元試薬存在下、様々な条件下でもこのハイブリッド系は触媒活性を示さなかったことから、最初に評価を行ったコバルト錯体を触媒とするCO2還元の過電圧は、前述のC3N4のCB下端電位とCO2還元の標準電極電位から算出される570 meVよりも大きいことが示唆された。この解釈の妥当性を確認するため、比較的小さな過電圧を有することが期待された別のCO2還元錯体触媒を合成し、ハイブリッド系へと展開した。C3N4/新規コバルト錯体触媒ハイブリッド系に対し、有機溶媒中犠牲還元試薬存在下でCO2雰囲気下で可視光を照射したところ、大変興味深いことにCO2還元に伴うCOの生成が観測された。
他方、鉄、コバルト、ニッケル錯体触媒によるCO2還元に関する反応機構的研究に取り組み、それら錯体触媒の活性序列を制御する因子の解明にも成功した。
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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
当初の予定通り、種々の分子性触媒の検討を行うことによりCO2還元反応を駆動するカーボンナイトライド光触媒系の構築に成功した。それゆえ、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
光化学的なCO2還元反応を駆動するハイブリッド系の構築に成功したので、今後は水の酸化反応を駆動する金属錯体を修飾したカーボンナイトライドを基盤とするハイブリッド系の構築に取り組む。
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