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鉄五核触媒の分子構造制御に基づく低過電圧酸素発生

公募研究

研究領域人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合
研究課題/領域番号 15H00889
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
研究機関分子科学研究所

研究代表者

正岡 重行  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 准教授 (20404048)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード金属錯体 / 酸素発生 / 酸化還元
研究実績の概要

酸素発生触媒の開発はその困難さから人工光合成を達成するためのボトルネックとなっている。これまでの研究により、多電子酸化還元能と酸素-酸素結合生成サイトを併せ持つ鉄五核錯体が、大きな過電圧が必要ではあるものの、高い触媒回転頻度で水から酸素を生成する触媒として機能することを明らかにした。そこで本研究では、この鉄五核錯体に適した化学修飾を加えることにより、酸素発生過電圧が劇的に低下した新規触媒の開発を目指した。具体的には、研究戦略(1)他種の金属イオンの導入による酸化還元電位の精密制御、研究戦略(2)解離性プロトンの導入による錯体への電荷蓄積の抑制、という2つの研究戦略に基づき、低過電圧で駆動可能な高活性酸素発生触媒の創出を目指した。その結果、研究戦略(1)では、鉄五核錯体の上下の鉄イオンを他の金属イオンに置換した新規鉄-他種金属五核錯体を合成することができた。同定は、単結晶X線構造解析、ESI-MS、元素分析を用いて行った。電気化学測定により、新規に合成した混合金属五核錯体が、鉄五核錯体と同様、多段階の酸化還元に対して安定に構造を保持できることが分かった。さらに、少量の水を添加した系において大きな酸化波を観測することができ、鉄五核錯体と同様、酸素発生触媒反応に対して有意な活性を有することが示唆された。研究戦略(2)では、解離性プロトンを導入した鉄五核錯体を合成し、その酸化還元挙動と酸素発生触媒能を評価した。その結果、鉄五核錯体からの電子放出に伴ってプロトンも放出するプロトン共役電子移動を示すとともに、プロトン解離に伴って電荷の蓄積が抑制されることが明らかになった。

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

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 5件)

  • [雑誌論文] Fe, Ru, and Os Complexes with the Same Molecular Framework: Comparison of Structures, Properties and Catalytic Activities2017

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yoshida, Mio Kondo, Masaya Okamura, Mari Kanaike, Setsiri Haesuwannakij, Hidehiro Sakurai, and Shigeyuki Masaoka
    • 雑誌名

      Faraday Discuss.

      巻: 印刷中 ページ: 181-196

    • DOI

      10.1039/c6fd00227g

    • 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] Syntheses and CO2 reduction activities of π- expanded/extended iron porphyrin complexes2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Okabe, Sze Koon Lee, Mio Kondo, and Shigeyuki Masaoka
    • 雑誌名

      J. Biol. Inorg. Chem.

      巻: 印刷中 号: 5 ページ: 713-725

    • DOI

      10.1007/s00775-017-1438-3

    • 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] Hybrid Catalysis Enabling Room-Temperature Hydrogen Gas Release from N-Heterocycles and Tetrahydronaphthalenes2017

    • 著者名/発表者名
      Shota Kato, Yutaka Saga, Masahiro Kojima, Hiromu Fuse, Shigeki Matsunaga, Arisa Fukatsu, Mio Kondo, Shigeyuki Masaoka, and Motomu Kanai
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 139 号: 6 ページ: 2204-2207

    • DOI

      10.1021/jacs.7b00253

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrocatalytic Water Oxidation by a Tetranuclear Copper Complex2016

    • 著者名/発表者名
      Vijayendran K. K. Praneeth, Mio Kondo, Pei Meng Woi, Masaya Okamura, and Shigeyuki Masaoka
    • 雑誌名

      ChemPlusChem

      巻: 81 号: 10 ページ: 1123-1128

    • DOI

      10.1002/cplu.201600322

    • 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] Water Oxidation Catalysts Constructed by Bio-Relevant First-Row Metal Complexes2016

    • 著者名/発表者名
      Mio Kondo and Shigeyuki Masaoka
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 45 号: 11 ページ: 1220-1231

    • DOI

      10.1246/cl.160639

    • NAID

      130005509425

    • 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] A pentanuclear iron catalyst designed for water oxidation2016

    • 著者名/発表者名
      Masaya Okamura, Mio Kondo, Reiko Kuga, Yuki Kurashige, Takeshi Yanai, Shinya Hayami, Vijayendran K. K. Praneeth, Masaki Yoshida, Ko Yoneda, Satoshi Kawata, and Shigeyuki Masaoka
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 530 号: 7591 ページ: 465-468

    • DOI

      10.1038/nature16529

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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