2023 年度研究成果報告書

複合金属錯体結晶を用いた高効率の酸性水電解用電極触媒の創生

研究課題

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研究課題/領域番号	21K05260
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関	九州工業大学
研究代表者	高瀬聡子九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (60239275)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	水電解 / 電極触媒 / 導電性錯体結晶
研究成果の概要	高効率酸性水電解セル用触媒の開発のために、水分解酵素の活性部位と似た構造で耐酸性が高い金属フタロシアニン錯体の分子結晶中の分子配列制御法の検討と分子配列と触媒特性の関係を検討した。水に溶けない錯体の有機溶液を水溶液に滴下する手法をもとに、溶液組成を検討し、種々の金属複合錯体結晶やアクセプター種と組み合わせた電荷移動錯体結晶を得ることに成功した。これらの触媒特性評価結果より、軌道エネルギーがバンドを形成している密接な分子配列の分子カラムと電気陰性度が大きいアクセプター種を組み合わせた電荷移動錯体は、高い水素生成触媒活性を示すことを明らかにした。CO2還元反応への水素供給機構としても検討した。
自由記述の分野	電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	電気化学的水分解を生物の中で進める酵素は、マンガンなど安価な金属の錯体を活性点とするが、再生可能エネルギー発電を蓄電するための水電解のようなエネルギー変換デバイスに触媒として利用するには導電性、活性点密度、化学的安定性が低い。これらの課題を解決するために、酵素活性部位に類似し化学的に安定な錯体種の中で自己集積しやすい平面分子の分子結晶を触媒とすることで、活性点密度向上と化学的安定性を改善し、さらに錯体分子結晶内に電気陰性度が高いアクセプターイオンを共存させることで導電性を改善した。得られた触媒が水素生成活性向上を示したことは、錯体触媒設計指針の拡張に寄与する。