次世代エネルギーを支えるプロトン/水素レドックス系の機能高分子錯体触媒による研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750808
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 阿部 敏之 弘前大学, 理工学部, 助手 (20312481)
• Keywords: プロトン還元 / 水素生成 / 水素酸化 / 分子触媒 / 高分子錯体

Research Abstract

分子触媒材料として、鉄-ルテニウムシアノ高分子錯体(ルテニウムパープル(RP):Fe_4^<III>[Ru^<II>(CN)_6]_3、or K^+Fe^<III>[Ru^<II>(CN)_6]^-)を取り上げ、まず、ナフィオンマトリックス内における合成化学的な調製を試みた。得られたRPは概ね結晶性であることを電子スペクトルから確認した。KClを含む酸性水溶液中で、電気化学的に水素発生反応を検討したところ、本系が従来の白金触媒とほぼ同等な高活性分子触媒として機能することを明らかにした。RPは還元的にアニオン構造となるため、RPのレドックス過程はカチオンによる電荷補償を伴うが、ナフィオンを用いない場合は、K^+のみが電荷補償に関わるため、RPは触媒作用を示さなかった。このことから、本系では、アニオン構造を有する活性サイトに対するマトリックス内でのK^+とH^+の競争的な輸送が触媒機能の発現と関連しているものと推定した。さらに、RPの電子移動還元速度及びRPの水素発生に対するターンオーバー数について、それらの触媒濃度依存性を調べ、その結果に基づいて、本触媒系の動的支配因子を考察した。
また、高活性分子触媒系を創出する観点において、効率的に電子媒介する分子の導入を図ることも有力な手だてと考えられる。その足がかりとして、高分子膜中分散した白金触媒系に鎖長の異なる5種類のアルキルビオロゲン(RV)をそれぞれ共存させた系で、水素生成に対する電子伝達分子の動的な寄与に焦点を絞った研究を行った。RVの水素発生に対する見かけターンオーバー数(TN_<app>)のアルキル鎖長依存性やRV濃度依存性を調べるとともに、RVの電子移動還元速度とRV濃度の関係について検討した。それらの結果から、白金を触媒とした系では、水素生成速度がRV分子の性質を反映した電子移動還元速度によって支配されることを明らかにした。