光化学的刺激／電気化学的刺激による金属錯体触媒のオンデマンド活性化

• 研究領域: 分子合成オンデマンドを実現するハイブリッド触媒系の創製
• 研究課題/領域番号: 17H06444
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学 (2019-2021); 分子科学研究所 (2017-2018)
• 研究代表者: 正岡 重行 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20404048)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 79,560千円 (直接経費: 61,200千円、間接経費: 18,360千円); 2021年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2020年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2019年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2018年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2017年度: 21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円)
• キーワード: 錯体化学 / 小分子変換 / 光化学 / 電気化学 / 多核金属錯体 / 多電子酸化還元 / 触媒化学 / 触媒科学

研究成果の概要

単純、安定かつ入手容易な分子を原料に、高付加価値分子を効率的に合成する手法の開発は、現在の高度文明化社会の維持ならびに将来的な発展に当たって重要である。しかしながら、一般的に反応性が低い単純分子の自在変換は現在の科学技術をもってしても極めて困難であると言わざるを得ない。そこで本研究は、光／電気化学刺激により金属錯体触媒を活性化し、生じた触媒活性種を活用した単純分子の変換のためのハイブリッド触媒系を構築することを目的とした。その結果、コバルト5核錯体を用いたC1化合物変換のためのハイブリッド触媒系の創出ならびにコバルト4核錯体を用いた高効率電気化学的酸素発生ハイブリッド触媒系の開発に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の実施により得られたC1化合物変換のためのハイブリッド触媒系は、二酸化炭素還元/ギ酸脱水素化による持続可能な水素生成サイクルを達成した世界で初めての例を得ることに成功している。また、電解重合に基づくコバルト4核錯体を活用したハイブリッド触媒系の開発研究によっては、金属錯体と電荷伝達サイトとをハイブリッドさせることで、既存の触媒システムの効率を飛躍的に向上可能であることが見出された。これらはいずれも、安定小分子を利用したエネルギーキャリア合成反応の開発に大きく貢献するものであり、今後の更なる発展によりエネルギー・環境問題の解決に資する要素技術となり得ることが強く期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and Electrocatalytic CO2 Reduction Activity of an Iron Porphyrin Complex Bearing a Hydroquinone Moiety (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosugi Kento、Imai Maho、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 51 号: 3 ページ: 224-226
  • DOI: 10.1246/cl.210734
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bridging coordination of acenaphthylene to a Pd3 chain or a Pd4 sheet cluster (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Koji、Sugawa Tsuyoshi、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki、Murahashi Tetsuro
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 51 号: 5 ページ: 1901-1906
  • DOI: 10.1039/d1dt04071e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Copper(II) tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrin: highly active copper-based molecular catalysts for electrochemical CO2 reduction (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosugi Kento、Kashima Hina、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 号: 18 ページ: 2975-2978
  • DOI: 10.1039/d1cc05880k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochemical hydrogen production based on the HCOOH/CO2 cycle promoted by a pentanuclear cobalt complex (2022)
  • 著者名/発表者名: Akai Takuya、Kondo Mio、Saga Yutaka、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 号: 23 ページ: 3755-3758
  • DOI: 10.1039/d1cc06445b
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electrochemical Polymerization of a Carbazole‐Tethered Cobalt Phthalocyanine for Electrocatalytic Water Oxidation (2022)
  • 著者名/発表者名: Li Shangxing、Iwami Hikaru、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: ChemNanoMat 巻: in press. 号: 6
  • DOI: 10.1002/cnma.202200028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visible light-driven CO2 reduction with a Ru polypyridyl complex bearing an N-heterocyclic carbene moiety (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Taito、Saga Yutaka、Kosugi Kento、Iwami Hikaru、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 号: 34 ページ: 5229-5232
  • DOI: 10.1039/d2cc00657j
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design of molecular water oxidation catalysts with earth-abundant metal ions (2021)
  • 著者名/発表者名: Kondo Mio、Tatewaki Hayato、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: 50 号: 12 ページ: 6790-6831
  • DOI: 10.1039/d0cs01442g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoconductive Coordination Polymer with a Lead-Sulfur Two-Dimensional Coordination Sheet Structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamakura Yoshinobu、Sakura Chinatsu、Saeki Akinori、Masaoka Shigeyuki、Fukui Akito、Kiriya Daisuke、Ogasawara Kazuyoshi、Yoshikawa Hirofumi、Tanaka Daisuke
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 60 号: 8 ページ: 5436-5441
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c03801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dirhodium-Based Supramolecular Framework Catalyst for Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Chinapang Pondchanok、Iwami Hikaru、Enomoto Takafumi、Akai Takuya、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 60 号: 17 ページ: 12634-12643
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c01279
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quick and Easy Method to Dramatically Improve the Electrochemical CO2 Reduction Activity of an Iron Porphyrin Complex (2021)
  • 著者名/発表者名: Kosugi Kento、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 号: 40 ページ: 22070-22074
  • DOI: 10.1002/anie.202110190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of a Function‐Integrated Water Oxidation Catalyst through the Electrochemical Polymerization of Ruthenium Complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwami Hikaru、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 9 号: 2 ページ: 52-58
  • DOI: 10.1002/celc.202101363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Polymerization Provides a Function‐Integrated System for Water Oxidation (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwami Hikaru、Okamura Masaya、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 号: 11 ページ: 5965-5969
  • DOI: 10.1002/anie.202015174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of Self‐Assembly Enhances the Catalytic Activity of Iron Porphyrin for CO 2 Reduction (2021)
  • 著者名/発表者名: Tasaki Masahiro、Okabe Yuki、Iwami Hikaru、Akatsuka Chiharu、Kosugi Kento、Negita Kohei、Kusaka Sinpei、Matsuda Ryotaro、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Small 巻: in press 号: 22 ページ: 2006150-2006150
  • DOI: 10.1002/smll.202006150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pentanuclear Scaffold: A Molecular Platform for Small-Molecule Conversions (2020)
  • 著者名/発表者名: Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 53 号: 10 ページ: 2140-2151
  • DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pentanuclear iron catalysts for water oxidation: substituents provide two routes to control onset potentials (2019)
  • 著者名/発表者名: Praneeth Vijayendran K. K.、Kondo Mio、Okamura Masaya、Akai Takuya、Izu Hitoshi、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 10 号: 17 ページ: 4628-4639
  • DOI: 10.1039/c9sc00678h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Function-Integrated Ru Catalyst for Photochemical CO2 Reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: Lee Sze Koon、Kondo Mio、Okamura Masaya、Enomoto Takafumi、Nakamura Go、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 49 ページ: 16899-16903
  • DOI: 10.1021/jacs.8b09933
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-overpotential CO2 reduction by a phosphine-substituted Ru(ii) polypyridyl complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Lee Sze Koon、Kondo Mio、Nakamura Go、Okamura Masaya、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 50 ページ: 6915-6918
  • DOI: 10.1039/c8cc02150c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-IR Light-Induced Electron Transfer via Dynamic Quenching (2018)
  • 著者名/発表者名: Enomoto Takafumi、Kondo Mio、Asada Mizue、Nakamura Toshikazu、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: － 号: 21 ページ: 11282-11287
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b02591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a framework catalyst for photocatalytic hydrogen evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Chinapang Pondchanok、Okamura Masaya、Itoh Takahiro、Kondo Mio、Masaoka Shigeyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 10 ページ: 1174-1177
  • DOI: 10.1039/c7cc08013a
  • 査読あり
• [学会発表] Development of molecular catalysts for artificial photosynthesis, Shigeyuki Masaoka (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: SJTU and OU Joint Workshop on Organic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 人工光合成への挑戦~空気や水から価値ある分子を~ (2021)
  • 著者名/発表者名: 正岡重行
  • 学会等名: 第130回 分子科学フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 金属錯体で創造する光合成反応触媒 (2021)
  • 著者名/発表者名: 正岡重行
  • 学会等名: カーボンニュートラル社会の実現に向けた触媒科学の挑戦, 大阪大学ICS-OTRI触媒科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 金属錯体の電子移動制御に立脚した触媒開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 正岡重行
  • 学会等名: 早稲田大学講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Catalysts for Artificial Photosynthesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: Chemical Approaches for Sustainable Development Goals (SDGs), Osaka University Anniversary Lecture Series1
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ５つの金属イオンが織り成す革新機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 正岡重行
  • 学会等名: 白鷺セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 小分子の多電子酸化／還元反応のための多核金属錯体触媒 (2020)
  • 著者名/発表者名: 正岡 重行
  • 学会等名: 新学術領域「ハイブリッド触媒」第４回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 金属錯体の電子移動制御に立脚した触媒開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 正岡 重行
  • 学会等名: 福岡大学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Molecular Modules for Artificial Photosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: 10th Asia Photochemistry Conference (APC 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: The international symposium on Bioinorganic Chemistry 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Molecular Modules for Artificial Photosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: 2018 Nankai International Conference on Advanced Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: The 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: The 3rd Japan-UK Joint Symposium on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: 4th Japan-Taiwan-Singapore-Hong Kong Quadrilateral Symposium on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: The 4th Japan-Canada Joint Symposium on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: American Chemical Society (ACS) Asia-Pacific International Chapters Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: The NANOTEC-IMS Joint Research Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: 11th Japan-China Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: The 2nd Japan-US Bilateral Meeting on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pentanuclear Iron Catalysts for Water Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Masaoka
  • 学会等名: 6th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC6)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 生命金属ダイナミクス ～生体内における金属の挙動と制御～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 美欧, 正岡 重行
  • 総ページ数: 564
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437060
• [図書] 高機能性金属錯体が拓く触媒科学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 近藤 美欧, 正岡 重行
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813975
• [図書] 光エネルギー変換における分子触媒の新展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 近藤 美欧, 正岡 重行
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813982