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2013 年度 実施状況報告書

高い触媒活性と耐久性を併せ持つ水素生成触媒の創出と触媒反応機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25810042
研究種目

若手研究(B)

研究機関九州大学

研究代表者

山内 幸正  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50631769)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード水素生成反応 / コバルト錯体 / ニッケル錯体 / 水の可視光分解 / 分子触媒 / 触媒反応機構 / N-ヘテロ環状カルベン / メチルビオローゲン
研究概要

本研究課題では、高い触媒活性と耐久性を併せ持つ水素生成触媒の創出とその触媒反応機構の解明を目指している。その中で、研究代表者らのグループではEDTA/[Ru(bpy)3]2+/MV2+(メチルビオローゲン)/水素生成触媒からなる光化学系(三成分系)では、種々の白金(II)錯体が均一系触媒として高い活性を示すことを報告してきた。この系は、pH 5において、水素生成に対し150 meVという小さな駆動力しか持たず、未だ第一遷移金属からなる錯体触媒による水素生成反応の報告例は無い。本年度は、近年水素生成触媒としての研究が活発に行われているコバルト錯体に着目し、三成分系で活性を示す錯体触媒の開発を目指した。そこで今回、我々は大環状コバルトカルベン錯体を合成し、その水素生成触媒機能を評価した。本錯体はN-ヘテロ環状カルベン(NHC)による強固な結合、並びに大環状構造が持つキレート効果により、高い触媒耐久性を示すと期待される。錯体の合成は、過去に報告されている同様の環状配位子を有するニッケル錯体の合成と類似の方法にて行い、得られた粗生成物を塩酸中で再結晶することにより純粋な試料を得た。三成分系における水素生成触媒の機能評価は、EDTA(30 mM)、[Ru(bpy)3]2+(0.04 mM)、MV2+(2.0 mM)、及び錯体1(0.1 mM)をpH 5の酢酸緩衝溶液 (0.1 M)に溶解し、Ar雰囲気下で可視光を照射することにより行った。その結果、光化学的な水素生成反応の進行が確認され、8時間後の触媒回転数(TON)は10.2に達した。また、電気化学的に調製したメチルビオローゲンカチオンラジカルと、本錯体触媒をグローブボックス下、水溶液中で混合しその後に進行する水素生成反応を観測したところ、42時間の測定でその触媒回転数が16.8回に達することが判明した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当該年度に合成並びに機能評価を行った、コバルト錯体触媒については研究計画当初は予測していなかったほどの高い触媒活性を示した。これらの理由から研究課題は当初の計画以上に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

今後は、当該年度に開発したコバルト錯体触媒の各種置換基効果や触媒反応機構の解明に取り組む。また、水素生成反応を促進するニッケル錯体触媒の開発も進める。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Homogeneous Catalysis of Nickel(II) Complexes Promoting Hydrogen Production with High Turnover Numbers2013

    • 著者名/発表者名
      Kosei Yamauchi
    • 雑誌名

      Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry

      巻: 62 ページ: 26-28

    • DOI

      10.4019/bjscc.62.26

    • 査読あり
  • [学会発表] 光水素生成機能を示す白金ターピリジン錯体の触媒活性制御2014

    • 著者名/発表者名
      山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 大環状コバルトカルベン錯体による光水素生成触媒反応2014

    • 著者名/発表者名
      河野 健・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 水溶性ニッケルジチオラト錯体の水素生成触媒機能2014

    • 著者名/発表者名
      小柴慧太・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 光増感作用を有する白金ターピリジン錯体を固定化した光水素生成電極の開発2014

    • 著者名/発表者名
      鹿 拓人・坂井 翔・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Photochemical Reduction of water into Hydrogen Catalysed by a Macrocyclic Cobalt Complex2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Kawano, Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      European Symposium on Current Challenges in Supramolecular Photocatalytic Water Splitting
    • 発表場所
      Friedrich Schiller University, Jena Germany
    • 年月日
      20140309-20140313
  • [学会発表] Photochemical Hydrogen Production from Water Promoted by Water-Soluble Platinum(II) Terpyridine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      4th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC4)
    • 発表場所
      International Convention Center Jeju, Korea
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] Homogeneous catalysis of robust Pt(II) complexes in hydrogen production from water2013

    • 著者名/発表者名
      Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学千原キャンパス
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] 大環状遷移金属カルベン錯体の合成と水素生成触媒作用2013

    • 著者名/発表者名
      河野 健・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学千原キャンパス
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] Pドナー配位子を有する白金(II)二核錯体の光水素生成触媒機能2013

    • 著者名/発表者名
      林 樹・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学千原キャンパス
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] 光増感機能を持つ白金ターピリジン錯体の光水素発生電極への応用2013

    • 著者名/発表者名
      鹿 拓人・坂井 翔・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学千原キャンパス
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] カルベン配位を有する大環状金属錯体の水素生成触媒機能2013

    • 著者名/発表者名
      河野 健・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      錯体化学若手の会夏の学校2013
    • 発表場所
      NTT北海道セミナーセンタ
    • 年月日
      20130809-20130811
  • [学会発表] P ドナー配位子を有する白金(II)錯体の合成と光水素生成触媒機能2013

    • 著者名/発表者名
      林 樹・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      第25回配位化合物の光化学討論会
    • 発表場所
      唐津ロイヤルホテル
    • 年月日
      20130805-20130807
  • [学会発表] 白金錯体修飾ITO 電極の水素生成触媒機能2013

    • 著者名/発表者名
      鹿 拓人・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      第25回配位化合物の光化学討論会
    • 発表場所
      唐津ロイヤルホテル
    • 年月日
      20130805-20130807
  • [学会発表] N-ヘテロ環状カルベンを有する大環状金属錯体の光水素生成触媒機能2013

    • 著者名/発表者名
      河野 健・山内幸正・酒井 健
    • 学会等名
      第25回配位化合物の光化学討論会
    • 発表場所
      唐津ロイヤルホテル
    • 年月日
      20130805-20130807
  • [学会発表] PHOTOCHEMICAL HYDROGEN PRODUCTION FROM WATER PROMOTED BYWATER-SOLUBLE PLATINUM(II) TERPYRIDINE DERIVATIVES2013

    • 著者名/発表者名
      Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      20th International Symposium on the Photophysics and Photochemistry of Coordination Compounds (ISPPCC 2013)
    • 発表場所
      Grand Traverse Resort and Spa, Traverse City, USA
    • 年月日
      20130707-20130711
  • [学会発表] Light-induced Hydrogen Evolution Catalyzed or Photocatalyzed by Water-Soluble Platinum(II)-Phosphine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Shu Lin, Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      20th International Symposium on the Photophysicsand Photochemistry of Coordination Compounds (ISPPCC 2013)
    • 発表場所
      Grand Traverse Resort and Spa, Traverse City, USA
    • 年月日
      20130707-20130711
  • [学会発表] Photochemical Hydrogen Production from Water Promoted by Robust Platinum(II) Molecular Catalysts2013

    • 著者名/発表者名
      Kosei Yamauchi and Ken Sakai
    • 学会等名
      1st International Symposium on Chemical Energy Conversion Processes (ISCECP-1)
    • 発表場所
      I2CNER Hall, Kyushu University
    • 年月日
      20130612-20130613
    • 招待講演
  • [学会発表] Spectroscopic, Electrochemical and Catalytic H2-evolving Properties of a Macrocyclic Nickel-Carbene Complex2013

    • 著者名/発表者名
      Ken Kawano, Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      1st International Symposium on Chemical Energy Conversion Processes (ISCECP-1)
    • 発表場所
      I2CNER Hall, Kyushu University
    • 年月日
      20130612-20130613
  • [学会発表] Studies on the Electrochemical Hydrogen Evolution Reactions Catalyzed by a PtCl2(bpy) Derivative Anchored over ITO Electrode2013

    • 著者名/発表者名
      Takuto Shika, Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      1st International Symposium on Chemical Energy Conversion Processes (ISCECP-1)
    • 発表場所
      I2CNER Hall, Kyushu University
    • 年月日
      20130612-20130613
  • [学会発表] Hydrogen Evolution both Catalyzed and Photocatalyzed byWater-Soluble Platinum(II)-Phosphine Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Shu Lin, Kosei Yamauchi, and Ken Sakai
    • 学会等名
      1st International Symposium on Chemical Energy Conversion Processes (ISCECP-1)
    • 発表場所
      I2CNER Hall, Kyushu University
    • 年月日
      20130612-20130613
  • [備考] 九州大学理学部化学科 錯体化学研究室

    • URL

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

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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