| 研究課題/領域番号 |
19K05516
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34010:無機・錯体化学関連
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| 研究機関 | 株式会社豊田中央研究所 |
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研究代表者 |
関澤 佳太 株式会社豊田中央研究所, 元素還元研究領域, なし (00783458)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 人工光合成 / CO2変換 / 反応機構 / 金属錯体 / 分子触媒 / 金属錯体-半導体ハイブリッド光電極 / 光電気化学 / 量子化学計算 / CO2還元 / 理論計算 / Ru錯体 / 金属錯体触媒 / 計算化学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
実用可能な人工光合成に向けて、CO2を2電子還元してCOまたはHCOOHを生成することのできる金属錯体触媒が数多く報告されている。しかし、CO2還元の反応機構が解明されておらず、CO/HCOOHの生成比を決定する因子もわかっていない。本研究では、金属錯体-半導体ハイブリッド光電極を用いた光電気化学測定と、量子化学計算による反応中間体を含めた全反応過程の解析から、金属錯体によるCO2還元反応の全体像と生成物決定因子を明らかにする。得られた反応機構モデルから、COやHCOOHの選択的合成や反応高効率化のための指針を提案する。
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| 研究成果の概要 |
太陽光をエネルギー源、水を電子源として、CO2をCOやギ酸などの有用な化合物に再資源化する人工光合成技術が開発されている。しかし、CO2を変換する機構が明らかになっておらず、COとギ酸の作り分けや性能向上のための指針が得られていないことが、人工光合成技術の進展に向けた課題の一つである。本研究では、金属錯体に焦点を当て、そのCO2変換機構を検討した。独自の金属錯体-半導体ハイブリッド光電極を用いた実験から得られる断片的な情報を、量子化学計算に基づく理論的な推測で連結することにより、CO2からCOおよびギ酸が得られるまでの反応機構の解明を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で反応機構を解明した金属錯体は、分子構造を自在にデザインできるという特徴がある。本研究で得られた反応機構に基づき、分子デザインを行うことで、高効率化やCO/ギ酸の作り分けが行える可能性があり、学術的な発展が期待できる。COは合成ガソリンの原料、ギ酸は化成品として利用できる化合物である。この研究成果を基にした今後の高効率化や作り分け技術の確立は、CO2変換系のトータルコストの削減を可能にし、人工光合成技術の社会実装につながり得る。本研究成果は、分子触媒技術ならびに金属錯体-半導体ハイブリッド技術が地球温暖化や将来的なエネルギー・炭素資源の枯渇の問題解決へ貢献する可能性をさらに高めた。
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