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2015 年度 実績報告書

有機PCETモジュールを有する超分子クラスターを用いた多電子移動反応触媒

研究課題

研究課題/領域番号 13J04037
研究機関総合研究大学院大学

研究代表者

岡村 将也  総合研究大学院大学, 物理科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード錯体化学 / 人工光合成 / 酸素発生反応
研究実績の概要

これまでの研究で、酸素発生反応を高効率で触媒する鉄5核錯体を見出している。この錯体による酸素発生のメカニズムはDFT計算を基に提案していたが、計算で得られた結果をサポートする実験データが十分ではなかった。そこで、触媒反応サイクルで提案している中間体に関して実験的に評価した。具体的には、酸化剤の添加や電位をかけることによって錯体を酸化しその変化の過程を吸収スペクトルにより追跡した。さらに酸化体の一部を単離しメスバウアー測定を行うことにより、DFT計算によって得られた計算値との比較を行った。その結果、計算によって示唆された鉄のスピン状態はメスバウアー測定や吸収スペクトルなどの実験結果から帰属したものと完全に一致することが分かった。すなわち、計算によって提案している反応メカニズムの一部が実験的に確かであることが分かった。
鉄5核錯体は、高い触媒活性を有するものの水の酸化に必要な電圧が比較的高い点が課題である。そこで、錯体の電荷上昇を抑えて酸素発生反応の過電圧を下げるため、解離性プロトンを有する配位子を導入した新規鉄5核錯体を合成しその触媒機能に関して調査を行っている。これまでの研究では、錯体のプロトン解離挙動と酸化還元特性を明らかにした。本年度は、電気化学実験で観測された触媒電流が、錯体が触媒する酸素発生に由来するかどうかを調べるため、酢酸緩衝溶液中で定電位電解を行い発生する酸素を酸素センサーを用いて調査した。錯体の溶液に8時間電位を印加し反応セル内の酸素濃度を測定した結果、錯体の触媒反応に由来する酸素の発生を確認した。また、これまでの鉄5核錯体よりも小さな電圧でも触媒として働くことが明らかとなり、目的通りに低過電圧で駆動する酸素発生触媒であることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (3件)

  • [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 ページ: 465-468

    • DOI

      10.1038/nature16529

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Water Oxidation Reaction Catalyzed by Pentanuclear Iron Complexes2016

    • 著者名/発表者名
      Masaya Okamura, Reiko Kuga, Satoshi Kawata, Mio Kondo and Shigeyuki Masaoka
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      立命館大学
    • 年月日
      2016-03-26
  • [学会発表] Water oxidation reaction catalyzed by a pentanuclear iron complex2015

    • 著者名/発表者名
      Masaya Okamura, Reiko Kuga, Mio Kondo, Shinya Hayami, Masaki Yoshida, Ko Yoneda, Satoshi Kawata and Shigeyuki Masaoka
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii
    • 年月日
      2015-12-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Water oxidation reaction catalyzed by a penta-nuclear iron complex bearing PCET sites2015

    • 著者名/発表者名
      Masaya Okamura, Reiko Kuga, Satoshi Kawata, Mio Kondo and Shigeyuki Masaoka
    • 学会等名
      第65回錯体化学討論会
    • 発表場所
      奈良女子大学
    • 年月日
      2015-09-22
  • [備考] 人工光合成の実現に向けた酸素発生触媒の開発に成功

    • URL

      https://www.ims.ac.jp/news/2016/02/12_3396.html

  • [備考] Pentanuclear iron catalyst oxidizes water

    • URL

      http://phys.org/news/2016-02-pentanuclear-iron-catalyst-oxidizes.html

  • [備考] Water oxidation: High five iron

    • URL

      http://www.nature.com/articles/nenergy201623

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公開日: 2016-12-27  

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