アリールホウ素置換遷移金属錯体による二酸化炭素の光還元反応

• 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: 25107504
• 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: 北海道大学
• 研究代表者: 喜多村 昇 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50134838)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 二酸化炭素光還元 / アリールホウ素 / ルテニウム錯体 / マイクロチャンネル / 顕微吸収分光 / 二酸化炭素 / 光還元 / 人工光合成

研究実績の概要

①　アリールホウ素置換基を有するルテニウム(II)錯体（RuB）を光増感剤／光触媒とする二酸化炭素の光還元反応：　光増感剤としてのイリジウム錯体、電子供与体、およびRuBのアセトニトリル溶液の光反応により二酸化炭素をCOへ光還元可能であることを明らかにした。最適条件下において、RuBのターンオーバー数は１０を超え、RuBが二酸化炭素光還元の光触媒となることを実験的に明らかにすることができた。また、アセトニトリル中におけるRuBの電気化学還元によっても二酸化炭素をCOへ還元できることを明らかにし、アリールホウ素置換ルテニウム錯体の二酸化炭素還元能を明らかにした。
②　ルテニウム(II)錯体によるマイクロチャンネル中における二酸化炭素の光還元反応：　ルテニウム(II)錯体を光増感剤／光触媒とする二酸化炭素の光還元反応をマイクロチャンネル中において試みた。その結果、マイクロチャンネル中においても二酸化炭素の光還元反応が進行し、生成物としてのギ酸生成を確認した。さらに、マイクロチャンネルと顕微吸収分光法を組み合わせることにより、二酸化炭素光還元反応の反応中間体の捕捉を試みた。その結果、反応系への光照射によりルテニウム(II)錯体の一電子還元体の生成を確認するとともに、その経時変化を秒単位で追跡可能であることを明らかにした。また、ルテニウム(II)錯体のオリゴマー生成についても吸収スペクトルから確認することができた。マイクロチャンネルと顕微分光を併用することにより、バルク系では不可能な短時間領域における二酸化炭素光還元反応の反応機構の解明が可能になった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Dual Emissions from Ruthenium(II) Complexes Having 4-Arylethynyl-1,10- phenanthroline at Low Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Sakuda, C. Matsumoto, Y. Ando, A. Ito, K. Mochida, A. Nakagawa, N. Kitamura
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 号: 7 ページ: 3245-3252
  • DOI: 10.1021/ic502843x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthetic Control of Spectroscopic and Photophysical Properties of Triarylborane Derivatives Having Peripheral Electron-Donating Groups (2014)
  • 著者名/発表者名: Akitaka Ito, Kazuyoshi Kawanishi, Eri Sakuda and Noboru Kitamura
  • 雑誌名: Chem.-Eur. J. 巻: 20 号: 14 ページ: 3940-3953
  • DOI: 10.1002/chem.201304207
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Constraint-induced structural deformation of planarized triphenylboranes in the excited state (2014)
  • 著者名/発表者名: Kushida, T. ; Camacho, C. ; Shuto, A. ; Irle, S. ; Muramatsu, M. ; Katayama, T. ; Ito, S. ; Nagasawa, Y. ; Miyasaka, H. ; Sakuda, E. ; Kitamura, N. ; Zhou, Z. ; Wakamiya, A. ; Yamaguchi, S.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 5 号: 4 ページ: 1296-1304
  • DOI: 10.1039/c3sc52751d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reversible Control of the Equilibrium Size of a Single Aerosol Droplet by Change in Relative Humidity (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishizaka, K. Yamauchi, N. Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 30 号: 11 ページ: 1075-1079
  • DOI: 10.2116/analsci.30.1075
  • NAID: 130004704341
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced Electron Transfer Reactions of Hexarhenium(III) Cluster: Oxidative Quenching of [Re6S8Cl6]4- Emission by Electron Acceptors (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kitamura, N. Kobayashi, S. Ishizaka, T. Yoshimura, H.-B. Kim, Y. Sasaki
  • 雑誌名: Journal of Cluster Science 巻: 26 号: 1 ページ: 211-221
  • DOI: 10.1007/s10876-014-0729-x
  • NAID: 120005593443
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Controlled Synthesis and Luminescence Properties of trans-[Re6S8(CN)4(OH)2-n(H2O)n]n-4 Octahedral Rhenium(III) Clusters (n = 0, 1, or 2). (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Y. Ledneva, K. A. Brylev, A. I. Smolentsev, Y. V. Mironov, Y. Molard, S. Cordier, N. Kitamura, and N. G. Naumov
  • 雑誌名: Polyhedron 巻: 67 ページ: 351-359
  • DOI: 10.1016/j.poly.2013.09.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Crystal Structure of Azide K4[Re6Se8(N3)6]4H2O: Luminescence, Redox, and DFT Investigations of the [Re6Se8(N3)6]4- Cluster Unit (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Gandubert, K. A. Brylev, T. T. Nguyen, N. G. Naumov, N. Kitamura, Y. Molard, R. Gautier, and N. G. Naumov
  • 雑誌名: Zeitshrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie 巻: 639 号: 10 ページ: 1756-1762
  • DOI: 10.1002/zaac.201300151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Akynyl Complexes of High-Valence Clusters. Synthesis and Luminescence Properties of [Mo6I8(C=CC(O)OMe)6]2- - The First Homoleptic Organometallic Complex in the Family of Octahedral {M6X8} Clusters (2013)
  • 著者名/発表者名: M. N. Sokolov, M. A. Miklailov, K. A. Brylev, A. V. Virovets, C. Vicent, N. G. Kompankov, N. Kitamura, and V. P. Fedin
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 52 号: 21 ページ: 12477-12481
  • DOI: 10.1021/ic401377g
  • 査読あり
• [学会発表] Photophysical Properties of Ruthenium(II) Complexes Having Arylborane-Appended Ligands (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kitamura
  • 学会等名: 8th Asian Photochemistry Conference
  • 発表場所: Ladiv Ghandi Conference Center （Trivandarum, India)
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] アリールホウ素置換基を有するRu(II)錯体を用いた二酸化炭素光還元反応の高効率化へ向けた試み（２）電子供与体の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石崎七海、田中麻衣、作田絵里、喜多村昇
  • 学会等名: 第64回錯体化学討論会
  • 発表場所: 中央大学（東京都）
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [学会発表] 遷移金属錯体を用いたマイクロチャンネル中における二酸化炭素光還元反応系の構築に関する検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野力、作田絵里、喜多村昇
  • 学会等名: 日本分析化学会第63年会
  • 発表場所: 広島大学（東広島市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Excited Triplet States of Octahedral Hexanuclear Metal Cluster Complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kitamura
  • 学会等名: IVth International Workshop on Transition Metal Cluster Complexes
  • 発表場所: Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry (Novosibirsk, Russia)
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] アリールホウ素置換基を有するRu(II)錯体を用いた二酸化炭素光還元反応の高効率化へ向けた試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 石崎七海、田中麻衣、作田絵里、喜多村昇
  • 学会等名: 第26回配位化合物の光化学討論会
  • 発表場所: 首都大学東京（八王子市）
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-08
• [学会発表] アリールホウ素置換基を有するRu(II)錯体を用いたCO2光還元反応の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石崎七海、田中麻衣、作田絵里、喜多村昇
  • 学会等名: 北海道支部2014年冬季研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] アリールホウ素置換基を有するRu(II)ポリピリジル錯体発光の還元的消光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉松泉、作田絵里、喜多村昇
  • 学会等名: 北海道支部2014年冬季研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] アリールホウ素置換基を導入したルテニウム(II)ポリピリジン錯体の光化学物性に対する配位子構造の効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川淳史、作田絵里、伊藤亮孝、喜多村昇
  • 学会等名: 2014年光化学討論会
  • 発表場所: 愛媛大学（松山市）
• [学会発表] ジメシチルボリル基とジメチルアミノ基を有する新規ルテニウム(II)ポリピリジン錯体の光化学物性に対する配位子構造の効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川淳史、作田絵里、伊藤亮孝、喜多村昇
  • 学会等名: 錯体化学会第６３回討論会
  • 発表場所: 琉球大学（那覇市）
• [図書] 光の事典 (2014)
  • 著者名/発表者名: 喜多村曻（分担執筆） 光化学の事典編集委員会、伊藤紳三郎他１９４名
  • 出版者: 朝倉書店