The development of smart porous materials capturing and converting environmental CO2

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22F22403
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Host Researcher: 北川 進 京都大学, 高等研究院, 特別教授 (20140303)
• Foreign Research Fellow: DUTTA BASUDEB 京都大学, 高等研究院, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2022-11-16 – 2025-03-31
• Keywords: 多孔性配位高分子 / 結晶工学 / ナノ空間化学 / 錯体化学 / 触媒 / 光触媒 / 二酸化炭素

Outline of Annual Research Achievements

化石燃料の消費量の増加により,CO2排出量は増加の一途をたどっており、気候変動に深刻な影響を与えている。この影響を最小限に抑えるため,CO2の回収・ 貯留(CCS)のさまざまな方法が提案されてきたが、未だに有効な手法の開発が待ち望まれている。Dutta氏と行う本共同研究では、多孔性配位高分子(PCP)を光触媒として利用した効率的なCO2変換システムの創出を目指している。特に、自然界に見られる光触媒を模倣して、PCPの骨格に光活性部位とRedox活性部位を組み込むデザインにより、複数の新規のPCPの開発に取り組んできた。
2022年度は、蛍光特性を持つような配位子とRedox activeな配位子や金属イオンの組み合わせから、可視光領域における光吸収と電荷分離を促す構造デザインを念頭に入れ、様々な新規PCPの合成を行った。得られたPCPを用いて、二酸化炭素親和性と光学特性を調べると共に、そのCO2光還元触媒反応特性について評価を行った。中でも、（4-(イミダゾール-1-イル)フェニル）エテンを光活性ユニット、1,4-ジヒドロ-4-オキソピリジンをRedox活性ユニットとして設計・合成したPCPにおいて、光照射により約90％の選択性でCO2からギ酸を生成することがわかった。今後は、こうした光触媒の反応機構の解明に取り組むとともに、反応活性の向上を目指すための構造ー光触媒特性相関について検討をする予定である。そのためにも、既報告材料との光触媒活性の比較、やメカニズム解明のためのin situ実験にも取り組む。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本共同研究では、多孔性配位高分子(PCP)を光触媒として利用した効率的なCO2変換システムの創出を目指している。特に、自然界に見られる光触媒を模倣して、
PCPの骨格に光活性部位とRedox活性部位を組み込むデザインにより、複数の新規のPCPの開発に取り組んできた。こうした構造デザインから、新規のPCPの開発に成功するとともに、PCPを基盤としたCO2還元光触媒を実現している。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究においては、2022年度に開発を行ったPCPを用いた光触媒反応の最適な条件（溶媒や犠牲試薬）を探索し、その反応機構について評価を進める。また得られた構造と反応効率の相関について検討することで、さらに機能についての改善に取り組む予定である。