2021 Fiscal Year Research-status Report
Devlopment of Molecular Catalysts Promoting Consecutive Reductions of Carbon Dioxide with High Selectivity
| Project/Area Number |
21K05100
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
山内 幸正 九州大学, 理学研究院, 助教 (50631769)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 人工光合成 / 二酸化炭素還元 / 水素発生 / 光電子移動 / 電気化学 / メタノール / メタン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、二酸化炭素（CO2）還元反応の逐次多電子還元系構築に必要なCO2還元反応の機構解明と、それにより生成する一酸化炭素（CO）を強固に捕捉する金属錯体系の探索を実施した。
まず、比較的優れたCO2還元選択性を示したカルボキシレート置換基を有するコバルトポルフィリン錯体触媒について量子化学計算を実施しその反応機構解明を試みた。
まず、本錯体触媒の酸化還元挙動について検討した。その結果、Co(II)状態からCo(I)種へと還元され、その後配位子中心の還元過程が進行することが明らかとなった。次に、その還元種とCO2の反応性について検証した。その結果、比較的小さな反応障壁でCO2を活性化することを明らかにした。ただし、CO2付加体は熱力学的に不安定だったことから、その後のプロトン付加／電子移動過程がすみやかに進行し、後続のCO生成過程に導かれると予想された。
一方、CO付加体を強固に形成する反応系をCO雰囲気下での分光電気化学測定を行うことで探索した。CO2を光化学的に還元し触媒的にCOを生成する反応系で作用する高活性分子性触媒については、やはり強固にCOを捕捉しなかった。その一方で、CO2を活性化しCOを強固に捕捉する金属錯体系を見出すことに成功した。
他方、CO2還元反応の副反応である水素生成反応を促進する新規触媒系を創出することにも成功した。また、水素生成に対する触媒活性が低い金属錯体触媒系を見出すにも至っているので、CO2還元選択性の高い反応系への展開が可能であると期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画通り、CO2還元反応の機構解明やCO2還元反応の２電子還元生成物である一酸化炭素（CO）を強固に捕捉する反応系の開拓に成功した。
それゆえ、おおむね順調に進展していると判断できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
初年度に達成した一酸化炭素（CO）を強固に捕捉する金属錯体系が、後続の逐次多電子還元過程を駆動するかを評価する。また、その挙動を各種分光測定や量子化学計算により詳細に明らかにする。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により、予定していた研究協力者の協力を得ることが困難になったため、金属錯体の水溶液系での一酸化炭素（CO）補足能に関する研究を実施することできなかった。そのため一部の研究経費を繰り越し、次年度にその研究を実施する。
|
