ジアザポルフィリンを光捕集系に用いた人工光合成系の構築

• Project/Area Number: 14J03432
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Synthetic chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山本 雅納 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 人工光合成 / 分子 / 可視光 / ポルフィリン / 光電気化学 / 水分解 / 色素増感 / water oxidation / electron transfer / porphyrin / fullerene

Outline of Annual Research Achievements

可視光駆動による水の酸化反応を達成するには, 高い可視光捕集能, 十分長い励起寿命, 水系界面での耐久性, および高い酸化力を有する光捕集材料が欠かせない. しかしながらこれら要件を満たす材料が乏しいことから, 可視光の有効利用が困難であった. これに対し, 本研究では可視光応答性と耐久性を両立させた新規フッ素導入ポルフィリンや環縮小ポルフィリンを有機合成化学的に創生, 光捕集系として検討しており, 現在までに分子による人工光合成構築が可能な系をいくつか見出している (Yamamoto, M. et al. Chem. Sci. 2016, 7, 1430－1439; Chem. Commun. 2016, 52, 13702－13705; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3329－3333). この探索過程において, 水系界面に展開した分子触媒による水の酸化反応およびこれに付随する界面電子移動が依然として速度論的・熱力学的にボトルネックであること, および水性界面および水溶液での分子の耐久性が問題であることがわかった (Yamamoto, M. et al. ChemSusChem 2016, 81, 1028－1044). 本研究で得られた知見を踏まえ, 今後, これら課題を克服可能な材料を開発・利用することにより, より高効率の人工光合成系の構築が可能になると考えている.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ウプサラ大学(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] 王立工科大学/ルンド大学/ウプサラ大学(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] タンペレ工科大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] オックスフォード大学(英国)
• [Journal Article] A Ruthenium Complex－Porphyrin－Fullerene-Linked Molecular Pentad as an Integrative Photosynthetic Model (2017)
  • Author(s): M. Yamamoto, J. Fohlinger, J. Petersson, L. Hammarstrom, and H. Imahori
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 56 Issue: 12 Pages: 3329-3333
  • DOI: 10.1002/anie.201612456
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Visible Light-Driven Water Oxidation with Subporphyrin Sensitizer and Water Oxidation Catalyst (2016)
  • Author(s): Masanori Yamamoto, Yusuke Nishizawa, Pavel Chabera, Fusheng Li, Torbjorn Pascher, Villy Sundstrom, Licheng Sun, and Hiroshi Imahori
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 52 Issue: 94 Pages: 13702-13705
  • DOI: 10.1039/c6cc07877j
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Artificial Molecular Photosynthetic Systems: Towards Efficient Photoelectrochemical Water Oxidation (2016)
  • Author(s): Masanori Yamamoto and Koji Tanaka
  • Journal Title: ChemPlusChem Volume: 81 Issue: 10 Pages: 1028-1044
  • DOI: 10.1002/cplu.201600236
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Visible Light-Driven Water Oxidation Using a Covalently-Linked Molecular Catalyst-Sensitizer Dyad Assembled on a TiO2 Electrode (2016)
  • Author(s): M. Yamamoto, L. Wang, F. Li, T. Fukushima, K. Tanaka, L. Sun, H. Imahori
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 7 Issue: 2 Pages: 1430-1439
  • DOI: 10.1039/c5sc03669k
  • NAID: 120005841413
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Probing the Dipolar Coupling in a Hetero-spin Endohedral Fullerene-Phthalocyanine Dyad (2016)
  • Author(s): S. Zhou, M. Yamamoto, G. Briggs, H. Imahori, K. Porfyrakis
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Issue: 4 Pages: 1313-1319
  • DOI: 10.1021/jacs.5b11641
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Remarkable Dependence of Final Charge Separation Efficiency on Donor-Acceptor Interaction in Photoinduced Electron Transfer (2016)
  • Author(s): T. Higashino, T. Yamada, M. Yamamoto, A. Furube, N. V. Tkachenko, T. Miura, Y. Kobori, R. Jono, K. Yamashita, H. Imahori
  • Journal Title: Angew. Chem.-Int. Edit. Volume: 55 Issue: 2 Pages: 629633-629633
  • DOI: 10.1002/anie.201509067
  • NAID: 120006558388
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Spontaneous water activation and O－O bond formation for electrocatalytic water oxidation (2016)
  • Author(s): 山本 雅納・藤井 翔・小林 克彰・田中 晃二
  • Organizer: 錯体化学会第66回討論会
  • Place of Presentation: 福岡大学 (福岡県福岡市)
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] Visible Light-Driven Water Oxidation with Subporphyrin Sensitizer (2016)
  • Author(s): 山本 雅納・西澤 佑介・Pavel Chabera・田中 晃二・Villy Sundstrom・今堀 博
  • Organizer: 2016年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場第一キャンパス (東京都目黒区)
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] プッシュプル型有機色素を光捕集系に用いた光電気化学的水分解 (2016)
  • Author(s): 西澤 佑介・山本 雅納・今堀 博
  • Organizer: 日本化学会第96回年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-25
• [Presentation] Visible-Light-Driven Water Oxidation by Ruthenium-Based Molecular Catalyst－Porphyrin－Fullerene-Linked Pentad (2016)
  • Author(s): Masanori Yamamoto, Hiroshi Imahori
  • Organizer: 日本化学会第96回年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府京田辺市)
  • Year and Date: 2016-03-25
• [Presentation] ルテニウム水分解触媒-ポルフィリン色素連結分子による可視光駆動水分解 (2015)
  • Author(s): 山本 雅納・今堀 博
  • Organizer: 第27回配位化合物の光化学討論会
  • Place of Presentation: 佐渡インフォメーションセンター(新潟県佐渡市)
  • Year and Date: 2015-08-07
• [Presentation] Synthesis, Photophysical Properties, and Photoelectrochemical Properties of Diazaporphyrin-[60]fullerene Linked Dyad (2014)
  • Author(s): Masanori Yamamoto, Yuta Takano, Yoshihiro Matano, Kati Stranius, Nikolai V. Tkachenko, Helge Lemmetyinen, and Hiroshi Imahori
  • Organizer: 225th Electrochemical Society Meeting
  • Place of Presentation: Orlando, Florida
  • Year and Date: 2014-05-11 – 2014-05-16
• [Remarks] 有機分子による人工光合成
  • URL: http://mol-chem.com/DSPEC/index.html