• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

相間移動型電子伝達に基づくZ-スキーム光触媒システムの創成

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 20H05113
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 複合領域
研究機関中央大学

研究代表者

中田 明伸  中央大学, 理工学部, 助教 (20845531)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021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)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード光触媒 / 人工光合成 / 電子輸送 / 相間移動 / 電子伝達 / 金属錯体 / Z-スキーム / 電子移動
研究開始時の研究の概要

本研究「相間移動型電子伝達に基づくZ-スキーム光触媒システムの創成」では、有用生成物を得る還元反応と水の酸化反応を相分離したそれぞれ異なる溶媒相で進行させることで反応場を分離した新しい光触媒システムを構築し、水を電子源とした人工光合成反応を高効率化することを目的とする。従来の単一溶液系における重大な問題であるそれぞれの光触媒への逆電子移動を大幅に抑制し、人工光合成反応の飛躍的な高効率化を目指す。

研究実績の概要

本研究「相間移動型電子伝達に基づくZ-スキーム光触媒システムの創成」では、有用生成物を得る還元反応と水の酸化反応を相分離したそれぞれ異なる溶媒相で進行させることで反応場を分離した新しい光触媒システムを構築し、水を電子源とした人工光合成反応を高効率化することを目的とした。本光触媒システムの最大の利点は、酸化と還元の光触媒反応場の分離によって光エネルギー変換効率低下の原因となる逆電子移動過程を空間的に排除することであり、それを実現するための鍵となるのは 「異相溶液間を行き来する電子伝達体」の開発である。
令和3年度の研究では、フェロセンを「異相溶液間を行き来する電子伝達体」の候補として検討を行なった。フェロセンは水に難溶であり、水と有機溶媒の二相溶液中において有機相に分配され、有機相中に共存させた光増感錯体に対して光誘起電子移動を進行した。さらに、電子供与によって生成したフェロセニウムイオンは有機相から水相へと移動し、電子伝達体の還元体(フェロセン)と酸化体(フェロセニウムイオン)を分配により空間的に分離が可能となった。この光電子移動が共役する相間移動現象を利用して、二相溶液中における有機基質の還元的カップリング反応に成功した。 有機相に適切なアニオンを共存させることでフェロセニウムカチオンの相間移動を促進し、光触媒効率を大幅に向上することを見出した。以上より、反応場を二相溶液により分離し、相界面を横断する電子伝達体を用いる本研究のコンセプトが光触媒効率向上に対して有効な手法であることを示し、その設計指針も明らかにした。

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。

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。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Conduction Band Control of Oxyhalides with a Triple-Fluorite Layer for Visible Light Photocatalysis2021

    • 著者名/発表者名
      A. Nakada, D. Kato, R. Nelson, H. Takahira, M. Yabuuchi, M. Higashi, H. Suzuki, M. Kirsanova, N. Kakudou, C. Tassel, T. Yamamoto, C. M. Brown, R. Dronskowski, A. Saeki, A. Abakumov, H. Kageyama, R. Abe
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 143 号: 6 ページ: 2491-2499

    • DOI

      10.1021/jacs.0c10288

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Functional-Group-Directed Photochemical Reactions of Aromatics Triggered by Excited-state Hydrogen Detachment: Additive-free Oligomerization, Disulfidation, and C(sp2)-H Carboxylation with CO22020

    • 著者名/発表者名
      Kanae Abe, Akinobu Nakada, Takeshi Matsumoto, Daiki Uchijyo, Hirotoshi Mori, Ho-Chol Chang
    • 雑誌名

      J. Org. Chem.

      巻: 86 号: 1 ページ: 956-969

    • DOI

      10.1021/acs.joc.0c02456

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excited-state Hydrogen Detachment from a Tris-(o-phenylenediamine) Iron(II) Complex in THF at Room Temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Nakada, Takuji Koike, Takeshi Matsumoto, Ho-Chol Chang
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 56 号: 98 ページ: 15414-15417

    • DOI

      10.1039/d0cc06219g

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Triple-layered Sillen-Aurivillius Perovskite Oxychloride Bi5PbTi3O14Cl as a Visible-light-responsive Photocatalyst for Water Splitting2020

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Daichi、Suzuki Hajime、Nakada Akinobu、Higashi Masanobu、Tomita Osamu、Kageyama Hiroshi、Abe Ryu
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 49 号: 8 ページ: 978-981

    • DOI

      10.1246/cl.200294

    • NAID

      130007884733

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of Prime Factors to Maximize the Photocatalytic Hydrogen Evolution of Covalent Organic Frameworks2020

    • 著者名/発表者名
      Ghosh, S., Nakada, A., Springer, M.A., Kawaguchi, T., Suzuki, K., Kaji, H., Baburin, I., Kuc, A., Heine, T., Suzuki, H., Abe, R. and Seki, S.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: - ページ: 9752-9762

    • DOI

      10.1021/jacs.0c02633

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Photocatalysis Utilizing Photoinduced Electron Transfer Coupled Phase Migration2022

    • 著者名/発表者名
      中田 明伸
    • 学会等名
      The 102nd CSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 二液相間移動型電子伝達体が駆動する光触媒系の構築2021

    • 著者名/発表者名
      板垣 廉・滝沢 進也・張 浩徹・中田 明伸
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会(2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Visible-Light-Induced Coupled Electron Transfer and Phase Migration of Ferrocene for Biphasic Photocatalysis2021

    • 著者名/発表者名
      中田 明伸
    • 学会等名
      4th International Symposium on Photofunctional Chemistry of Complex Systems
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フェロセン電子伝達体の光誘起電子/相間移動により駆動する臭化ベンジルの光触媒的カップリング反応2021

    • 著者名/発表者名
      板垣 廉・滝沢 進也・張 浩徹・中田 明伸
    • 学会等名
      第2回オンラインライジングスター研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フェロセン型電子伝達体の光誘起電子/相間移動により駆動する光触媒反応2021

    • 著者名/発表者名
      板垣 廉・滝沢 進也・張 浩徹・中田 明伸
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 酸化還元活性なフェロセン電子伝達体の光誘起電子/相間移動により駆動する光触媒反応2021

    • 著者名/発表者名
      板垣 廉・滝沢 進也・張 浩徹・中田 明伸
    • 学会等名
      第71回錯体化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光誘起電子移動に共役したフェロセン電子伝達体の相間移動により駆動する二相溶液系光触媒反応2021

    • 著者名/発表者名
      中田 明伸・板垣 廉・滝沢 進也・張 浩徹
    • 学会等名
      2021年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 分子・無機・有機材料の長所を活かす光触媒系の開発2021

    • 著者名/発表者名
      中田 明伸
    • 学会等名
      人工光合成研究センター第1回若手研究者発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フェロセン型電子伝達体の光誘起電子/相間移動により駆動する還元型光触媒反応2021

    • 著者名/発表者名
      板垣 廉・滝沢 進也・張 浩徹・中田 明伸
    • 学会等名
      第32回配位化合物の光化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 二相溶液系における還元型光触媒反応を指向したフェロセン型電子伝達体の光誘起電子/相間移動特性2021

    • 著者名/発表者名
      板垣 廉・張 浩徹・中田 明伸
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] フェロセンを用いた光誘起電子/相間移動システムの構築2021

    • 著者名/発表者名
      中田 明伸
    • 学会等名
      新学術領域"革新的光物質変換"第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 中央大学理工学部応用化学科 分子機能化学研究室 ホームページ

    • URL

      http://www.chem.chuo-u.ac.jp/~chang/member04.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi