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コバルト錯体を基盤とした高効率光酸素発生触媒系の構築

研究課題

研究課題/領域番号 14J06604
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 無機化学
研究機関九州大学

研究代表者

中薗 孝志  九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードコバルトポルフィリン / 酸素発生 / 電気化学 / 一重項酸素 / ラマン分光 / 水の可視光分解 / 光酸素発生反応 / コバルトポルフィリン錯体
研究実績の概要

非水溶性コバルトポルフィリン錯体の電気化学的酸素発生触媒能を評価するために、修飾電極を作成した。作成した電極の電気化学的触媒反応挙動及びその反応機構について詳細に研究を行った。コバルトポルフィリン修飾電極はグラッシーカーボンあるいは金電極上にコバルトポルフィリンを物理吸着させることによって作成した。これらの修飾電極はpH 9.0ホウ酸バッファー中で高い酸素発生触媒活性を示した。加えてバルク電解後の電極表面のXPS測定の結果、酸化コバルトを生成しないことを明らかにした。酸素発生反応中の金電極表面の表面増強ラマン散乱法(SERS)により、触媒反応中間体であるCo(III)-OOH種の生成を示唆する新たな吸収帯を観測した。また、分光電化学測定によって、コバルトポルフィリン錯体は二段階のポルフィリン配位子の酸化を経た後に、酸素発生反応の鍵となる中間体である、コバルトオキソ種を生成することを明らかにした。それに加え、酸素発生のH2OまたはD2O中での速度論的同位体効果を評価することにより、反応の律速過程はCo(III)-OOH種からのプロトンの脱離を伴う酸化過程、いわゆるプロトン共役電子移動過程であることが明らかとなった。以上の結果より、酸素発生反応機構を明らかにした。
本研究により、コバルトポルフィリン錯体は高い触媒活性と耐久性を併せ持つ優れた分子性触媒であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Highly Stable Chemisorption of Dyes with Pyridyl Anchors over TiO2: Application in Dye-Sensitized Photoelectrochemical Water Reduction in Aqueous Media2017

    • 著者名/発表者名
      K. Takijiri, K. Morita, T. Nakazono, K. Sakai and H. Ozawa
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 53 号: 21 ページ: 3042-3045

    • DOI

      10.1039/c6cc10321a

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improving the robustness of cobalt porphyrin water oxidation catalysts by chlorination of aryl groups2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakazono and K. Sakai
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 45 号: 32 ページ: 12649-12652

    • DOI

      10.1039/c6dt02535h

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photochemical Water Oxidation Catalysed by a Water-Soluble Copper Phthalocyanine2016

    • 著者名/発表者名
      R. Terao, T. Nakazono, A. R. Parent, and K. Sakai
    • 雑誌名

      ChemPlusChem

      巻: 81 号: 10 ページ: 1064-1067

    • DOI

      10.1002/cplu.201600263

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improving Singlet Oxygen Resistance during Photochemical Water Oxidation by Cobalt Porphyrin Catalysts2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakazono, Alexander Rene Parent and Ken Sakai
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 21 号: 18 ページ: 6723-6726

    • DOI

      10.1002/chem.201500716

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] コバルトポルフィリン錯体の酸素生成触媒反応及びラマン分光法を用いた反応機構解析2016

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Tse Edmund、Gewirth Andrew、酒井健
    • 学会等名
      錯体化学会第66回討論会
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2016-09-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ジハロゲン化アリール基を有するコバルトポルフィリン錯体の光酸素発生触媒挙動2016

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、酒井健
    • 学会等名
      錯体化学若手の会夏の学校2016
    • 発表場所
      熊本県熊本市
    • 年月日
      2016-08-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Photochemical and Electrochemical Water Oxidation Catalyzed by Cobalt Porphyrins2016

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakazono
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Chemical Energy Conversion Processes (ISCECP 2)
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コバルトポルフィリン修飾電極による酸素生成触媒反応のその場ラマン分光観察2016

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Edmund Tse、Andrew Gewirth、酒井 健
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      2016-03-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Photoinduced water oxidation Properties of Cobalt Porphyrin Catalysts2015

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improving stability during photoinduced water oxidation catalysis by cobalt porphyrins2015

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water Oxidation Reactions Catalyzed by Water-Soluble Cobalt Porphyrins2015

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ジハロゲン化アリール基を有するコバルトポルフィリン錯体の光酸素発生触媒挙動2015

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志
    • 学会等名
      九州錯体化学懇談会249回例会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-11-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ハロゲン化アリール基を有するコバルトポルフィリン錯体の光酸素発生触媒機能2015

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学会第65回討論会
    • 発表場所
      奈良女子大学
    • 年月日
      2015-09-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 高耐久性コバルトポルフィリンによる光酸素発生触媒反応2015

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      千葉 日本大学 船橋キャンパス
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 高耐久性コバルトポルフィリンを触媒とする光酸素生成挙動2014

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学会第64回討論会
    • 発表場所
      東京 中央大学 後楽園キャンパス
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] コバルトポルフィリン錯体触媒による水からの光酸素発生反応2014

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学若手の会夏の学校2014
    • 発表場所
      千葉県 ホテル サンシャイン白子
    • 年月日
      2014-08-01 – 2014-08-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Water Oxidation Catalysis by Water-Soluble Cobalt Porphyrins2014

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      Molecular Catalysis Toward Sustainable Energy, Post-symposium of ICCC 2014
    • 発表場所
      Nanyang Technological University (シンガポール)
    • 年月日
      2014-07-25 – 2014-07-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Water Oxidation Catalysis by Cobalt Tetra Phenyl Porphyrins and The Derivatives2014

    • 著者名/発表者名
      中薗孝志、Alexander Rene Parent、酒井 健
    • 学会等名
      The 41st International Conference on Coordination Chemistry (ICCC41)
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre (シンガポール)
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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