2022 Fiscal Year Research-status Report
Carbon dioxide reduction reaction catalyzed by molecules adsorbed on electrodes
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22K05057
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| Research Institution | Kyushu University of Health and Welfare |
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Principal Investigator |
内田 太郎 九州保健福祉大学, 薬学部, 講師 (70581643)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 表面増強赤外分光 / 電気化学的還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度である本年度は、手始めに既に現象論が報告されているピリジンによるPt電極でのCO2のメタノールへの電気化学的還元反応のメカニズム解明を試みた。電気化学測定と分光測定の同時測定による反応の追跡を行ない、その結果ならびにDFT計算の結果とを比較検討を行った。実験結果から、CO2還元反応中では、ピリジン、CO、もしくは水素原子と観測される分子種が電極表面で観測された。これらをそれぞれPtクラスター上に吸着させたもののDFT計算を行い、得られたスペクトルと実験で得られたスペクトル比較したところ、吸着物質がピリジンではない可能性が示唆された。そこで、現在、実験条件および計算条件を変えながら、まずは実験で観測された中間体の解析を行なっている。
本実験系でもすでに反応解析が複雑であり、他の有機分子を用いたCO2還元反応の反応機構の議論はその場測定の結果のみでは進めることが難しいことが示唆された。分子によるCO2の還元は、有機分子が電気化学的に水から水素を引き抜き、引き抜いた水素を分子内もしくは表面を介してCO2と反応させることにより生じると考えられる。そこで、CO2の電気化学的還元をより単純化させた、有機分子による水からの電気化学的な水素原子の引き抜き過程の促進機構についても実験・計算を併用して解析を並行して行なっている。
上記のシミュレーションでは、系内に金属を入れると計算コストが増加する。現在はコストを抑えるために金属クラスターを電極モデルとして計算に用いている。金属表面に全ての中間体を入れないとシミュレーションで実験結果を再現できない場合、クラスターサイズを大きくしないといけなくなるため、シミュレーションの方法自体についての検討も行なっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は現在行なっている実験系での反応を分子レベルで明らかにし、その他活性のある化合物に関しても明らかにする予定であったが、上記のように明らかにできていないため。
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| Strategy for Future Research Activity |
R5年度では、研究業績の概要でも触れたが、現在行なっている実験系について実験化学・計算化学的手法を駆使し詳細に解析し、反応機構を明らかにする。並行して有機分子による水からの水素原子の引き抜きを促進する反応について、こちらも過去に速度論的な観点から調べられたものがあるので、それらをもとに電気化学・赤外の同時測定を行うことで分子レベルで反応機構を明らかにし、CO2還元促進反応の解析に役立てる。
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| Causes of Carryover |
前述の様に、当初予定したように実験・解析などが進まなかったため、予定していた実験の試薬や装置等の物品費を繰り越した。次年度使用額は、令和5年度請求額と併せ、物品費として使用する。
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