| 研究課題/領域番号 |
20J14672
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
下山 雄人 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 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 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 酸素生成反応 / ポリ酸 / イオン結晶 / 電気化学 / 光触媒 / ポリオキソメタレート / 固体触媒 / 酸触媒 / 酸素生成 / 電化学 / 酸化還元触媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
CO2の資源化は環境・エネルギー問題を根本的に解決できる最も有望な方法である．しかし、安定なCO2の資源への変換には多電子の還元が必要であり、多くのエネルギーや貴金属、特殊な錯体が必要という問題がある。そのため、常温・常圧下で水と可視光を利用した貴金属フリーなCO2還元の実現が強く望まれている。申請者は、酸化還元特性に優れたポリ酸を基盤とした多孔性イオン結晶に着目した。この材料は、CO2の吸着点を持ち多くの電子を貯蔵できるため、優れたCO2還元への適性を持つ．本研究はメソ多孔性イオン結晶-金属ナノクラスター複合体の創出とメソ孔を反応場とした3成分協奏的なCO2還元システムの構築を目的とする。
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| 研究実績の概要 |
昨年度末に、分子性カチオン[Cr3O(OOCCH2CN)6(H2O)3]+ (Cr-CN)とCoを中心に内包したポリ酸[α-CoW12O40]6-（CoW）からなる新規の多孔性イオン結晶 K2[Cr3O(OOCCH2CN)6(H2O)3]4[α-CoW12O40]・32H2O（I）を得た。また、この結晶Iが電気化学的な酸素生成反応（Oxygen Evolution Reaction, OER: 2H2O→O2 + 4H+ + 4e-)に対して触媒活性を示すことも昨年度末に確認した。
本年度は、この結晶IのOER触媒特性の詳細を実験的に検討した。結晶Iと原料であるCr-CN、CoWのOER触媒活性をpH1およびpH5.6の電解液中で測定した結果、原料（Cr-CN、CoW）はOER触媒としてほとんど機能しない一方で、結晶Iは効率的なOER触媒として機能することが明らかとなった。更に、結晶IとCoW単体のCoW1分子に当たりの触媒活性を算出すると、結晶IはCoWの40倍程度の触媒活性を持つことが分かった。結晶Iの特異的なOER触媒活性の起源を明らかにするために電気化学的、分光学的な解析を実施した。その結果、分子性カチオンCr-CNから活性点となるポリ酸CoWに電子が供与されていることが特異的な活性発現の重要な要因であることが明らかになった。この成果はJournal of The American Chemical Societyに掲載した。
この結晶Iの電気化学的な触媒活性について、更に検討を進めた結果、電気化学的な還元反応に対しても特異的な触媒特性を示すことを見出した。現在はこの詳細を解析している。
また、ポリ酸の光触媒利用を共同研究で進め、層状複水酸化物とポリ酸を組み合わせることで光触媒的な酸素発生触媒能が向上することを見出し、共著論文として公表した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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