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CO2資源化の為の反応速度-過電圧相関解析に基づく世界最高性能Mn錯体触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K05159
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分34010:無機・錯体化学関連
研究機関大阪市立大学 (2020)
神奈川大学 (2018-2019)

研究代表者

松原 康郎  大阪市立大学, 人工光合成研究センター, 特任准教授 (90616666)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2019年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード二酸化炭素 / 電気化学触媒 / 還元反応 / CO2還元反応 / 電気化学 / 過電圧 / CO2固定 / 触媒 / 金属錯体 / CO2還元 / 分子触媒 / 標準電極電位 / 二酸化炭素排出削減
研究成果の概要

二酸化炭素を再生可能エネルギーによって有用物質に変換する資源化反応は、次世代社会の基幹反応となることが期待されている。この反応を担うものとして電気化学的にCO2を還元する不均一または均一系触媒が世界中で研究されている。しかし、これらの触媒を十分な速度で駆動させるためには高い過電圧が必要であることが問題となっている。本研究では、過電圧の算出方法を定式化することにより、全ての触媒の性能を公平かつ正確に評価する「反応速度-過電圧相関解析法」を構築した。そして、近年注目されている触媒の第二配位圏の環境改善法が触媒性能を加成的に改良できることを、新規合成した触媒で実証することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

経済活動に伴って排出される二酸化炭素を化学製品の形で固定化することは、温室効果ガスの排出削減だけでなく、限りある炭素資源(石油など)を100年単位で温存するための方法として考えられている。この固定化を電気エネルギーにより行う触媒(電気化学触媒と呼ばれる)は、太陽光由来の自然エネルギーや、核融合による発電エネルギーを化学製品の形に変換する数少ない方法であることから、触媒の仕組みの研究が盛んにされている。本研究では、この仕組みを考える上で役に立つ「触媒によるエネルギーの利用効率」を公平かつ正確に評価する方法を構築し、この方法が効率の良い触媒の設計に有用であることも確かめた。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019 2018 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、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Brookhaven National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Standard Electrode Potentials for Electrochemical Hydrogen Production, Carbon Dioxide Reduction, and Oxygen Reduction Reactions in N,N-Dimethylacetamide2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Matsubara
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 49 号: 8 ページ: 915-917

    • DOI

      10.1246/cl.200220

    • NAID

      130007884705

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Bi-functional Second Coordination Sphere for Electrocatalytic CO2 Reduction: The Concerted Improvement by a Local Proton Source and Local Coulombic Interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Yasuo、Shimojima Miho、Takagi Shohei
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 49 号: 3 ページ: 315-317

    • DOI

      10.1246/cl.190853

    • NAID

      130007805923

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unified Benchmarking of Electrocatalysts in Noninnocent Second Coordination Spheres for CO2 Reduction2019

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Yasuo
    • 雑誌名

      ACS Energy Letters

      巻: 4 号: 8 ページ: 1999-2004

    • DOI

      10.1021/acsenergylett.9b01180

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermodynamic Cycles Relevant to Hydrogenation of CO2 to Formic Acid in Water and Acetonitrile2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Matsubara, David C. Grills, and Yoshihiro Koide
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007674895

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Electrochemical reduction of CO2 by using rhenium(I) complexes possessing asymmetrical second coordination spheres characterized by a Tafel plot2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Matsubara,* Takeki Tanaka, Akito Nishiwaki, Miho Shimojima, Yoshihiro Koide
    • 学会等名
      The 99th CSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Electrocatalytic reduction of CO2 by using rhenium(I) complexes possessing multiple imidazoliums in the second coordination spheres designed for the catalysis2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Matsuuara,* Mio Ogata, Miho Shimojima, Yoshihiro Koide
    • 学会等名
      International Conference on Coordination Chemistry 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 研究テーマ全体についての説明はこちら

    • URL

      http://apchem2.kanagawa-u.ac.jp/koidelab/sub1.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 研究代表者の所属研究室における研究内容の紹介

    • URL

      http://apchem2.kanagawa-u.ac.jp/koidelab/sub1.html

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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