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2020 年度 実績報告書

高耐久性を有する超分子カプセル内包型錯体触媒の合成と機能評価

研究課題

研究課題/領域番号 18H01996
研究機関九州大学

研究代表者

酒井 健  九州大学, 理学研究院, 教授 (30235105)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード人工光合成 / 分子性触媒 / 超分子 / 二酸化炭素還元 / 酸素発生 / POM
研究実績の概要

最終年度は、超高活性酸素発生触媒の反応機構解明、新規二酸化炭素還元触媒の創出、および超分子触媒系への展開に軸足を置いて研究を展開した。
酸素発生反応に関する研究については、単核コバルトポリオキソメタレート錯体(Co-POM)が従来報告されてきた分子性触媒の中でも優れた触媒特性を有することを明らかにした。さらにその速度論的解析を行うことで各種活性化パラメーターを算出し、分子内酸素ー酸素結合を経由する反応過程で酸素生成へと導かれることが強く示唆された。その反応機構は、その詳細な量子化学計算からも強く支持された。
他方、新規二酸化炭素還元コバルトポルフィリン錯体触媒(CoP)の開発にも成功した。興味深いことに、銅増感剤(CuPS)と組み合わせることで水溶液系においても90%という前例にない優れた二酸化炭素還元選択性を示すことを明らかにした。その要因について、量子化学計算を行い検証したところ、本錯体触媒は配位子中心の多電子還元過程を駆動するものの、中心金属はCo(II)状態を維持し、低原子価Co(I)種を形成せずに二酸化炭素を活性化することが示された。それに伴い、位相が整合することからCo(I)中間種では促進される水素イオン(H+)の活性化が抑制され、位相が整合するCo(II)種と二酸化炭素の活性化が促進されることが示された。さらに、CuPSとCoPが水溶液中で複合体を形成することが示され、超分子触媒系への展開が可能となった。一方で、CuPS-CoP複合体は、光反応サイクルで分解反応を促進する要因であることも見いだされたことから、何らかのアプローチで系の耐久性向上を図る必要性が認識された。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Messina(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      University of Messina
  • [国際共同研究] College de France(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      College de France
  • [雑誌論文] Unexpected structure of enaminone Pd(II) complex in comparison with Cu(II) complex: Synthesis, characterization, DNA binding and antitumor activity2021

    • 著者名/発表者名
      El-Ghamry Hoda A.、Yamauchi Kosei、Sakai Ken、Farghaly Thoraya A.
    • 雑誌名

      Inorganica Chimica Acta

      巻: 516 ページ: 120117~120117

    • DOI

      10.1016/j.ica.2020.120117

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improving the overall performance of photochemical H2 evolution catalyzed by the Co-NHC complex via the redox tuning of electron relays2021

    • 著者名/発表者名
      Yatsuzuka Koichi、Yamauchi Kosei、Kawano Ken、Ozawa Hironobu、Sakai Ken
    • 雑誌名

      Sustainable Energy & Fuels

      巻: 5 ページ: 740~749

    • DOI

      10.1039/D0SE01597K

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Redox tuning in Pt(bpy)-viologen catalyst-acceptor dyads enabling photocatalytic hydrogen evolution from water2021

    • 著者名/発表者名
      Yatsuzuka Koichi、Yamauchi Kosei、Sakai Ken
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 ページ: 5183~5186

    • DOI

      10.1039/D1CC00903F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Earth-Abundant Photocatalytic CO2 Reduction by Multielectron Chargeable Cobalt Porphyrin Catalysts: High CO/H2 Selectivity in Water Based on Phase Mismatch in Frontier MO Association2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Xian、Yamauchi Kosei、Sakai Ken
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 11 ページ: 10436~10449

    • DOI

      10.1021/acscatal.1c02475

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A dinuclear nickel catalyst based on metal-metal cooperation for electrochemical hydrogen production2020

    • 著者名/発表者名
      Hamaguchi Tomohiko、Kai Keisuke、Ando Isao、Kawano Ken、Yamauchi Kosei、Sakai Ken
    • 雑誌名

      Inorganica Chimica Acta

      巻: 505 ページ: 119498~119498

    • DOI

      10.1016/j.ica.2020.119498

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Molecular-Based Water Electrolyzer Consisting of Two Mesoporous TiO2 Electrodes Modified with Metalloporphyrin Molecular Catalysts Showing a Quantitative Faradaic Efficiency2020

    • 著者名/発表者名
      Akamine Katsuhiro、Morita Kohei、Sakai Ken、Ozawa Hironobu
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 3 ページ: 4860~4866

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00443

    • 査読あり
  • [図書] CSJカレントレビュー38 光エネルギー変換における分子触媒の新展開―天然光合成を凌駕する反応系の構築を目指して2020

    • 著者名/発表者名
      森田浩平、小澤弘宣、酒井健 日本化学会編
    • 総ページ数
      224
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759813982
  • [備考] 九州大学大学院理学研究院化学部門 錯体化学研究室 酒井・小澤グループ

    • URL

      http://www.scc.kyushu-u.ac.jp/Sakutai/jp/index.html

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公開日: 2022-12-28  

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