金属ポルフィリン錯体への酸素分子の配位結合制御と酸素吸脱着デバイスへの展開

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K18691
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 津島 将司 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30323794)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 崇弘 大阪大学, 大学院工学研究科, 講師 (90711630)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 分離濃縮 / 酸素富化 / 吸脱着制御 / 金属ポルフィリン錯体 / 物質輸送

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，溶液中の金属ポルフィリン錯体への酸素分子の配位結合に着目し，省エネルギープロセスとしての酸素吸脱着を金属元素と電子供与性配位子の組み合わせにより制御し，実証するための研究を行った．研究課題として，①ポルフィリンの中心金属と電子供与性を有する配位子の組み合わせによる配位吸着能の制御，②金属ポルフィリン錯体溶液を用いた酸素吸脱着デバイスの実証，を設定した．複雑なピケットフェンス構造ではなく，ポルフィリン錯体の中心金属の酸化性と配位子の電子供与性を制御することによる酸素吸脱着デバイスへの応用を目指した．初年度は，中心金属元素ならびに構造が異なる11種類の金属ポルフィリン錯体について，密閉容器内での気相（酸素または窒素）バブリング実験系を構築し，吸収分光計測にもとづいた酸素吸脱着能の評価を実施した．配位子濃度の影響，温度依存性，可逆性，に着目した実験を実施し，酸素吸脱着デバイスへの適用に向けた金属ポルフィリン錯体の探索と選定を行った．酸素吸脱着を誘起するためには適切な配位子濃度が存在し，金属ポルフィリン錯体に依存して酸素吸脱着挙動が著しく異なり，可逆性ならびに温度依存性に関する違いが明らかになった．二年目は，デバイス実証としてサイクリックボルタンメトリー(CV)などの電気化学的手法により金属ポルフィリン錯体の酸化還元挙動の評価を実施した．光ファイバープローブを用いた紫外可視吸収スペクトル測定系と融合して，電気化学測定とともに酸素吸脱着測定を可能とすることで，金属ポルフィリン錯体の酸素化および脱酸素化が及ぼす影響について調べ，溶液中の溶存酸素濃度に対する依存性とあわせた検討を行った．さらに，水溶性の金属ポルフィリン錯体を合成し，酸素吸脱着挙動と電気化学測定を実施することで，デバイス応用に向けた基礎的知見を獲得した．