2015 Fiscal Year Annual Research Report
コバルト錯体を基盤とした高効率光酸素発生触媒系の構築
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14J06604
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中薗 孝志 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 酸素発生 / コバルトポルフィリン / 一重項酸素 / ラマン分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、地球温暖化や化石燃料の枯渇などの問題解決のため、代替エネルギーとして水素ガスが注目を集めている。水の可視光分解による水素製造技術の達成のためには、水から4電子及び4プロトンを引き抜く酸素発生反応を効率よく促進させることが非常に重要である。現在そのような背景から、高耐久かつ高活性な酸素発生触媒の研究が精力的に行われている。以前、水溶性コバルトポルフィリン錯体触媒（CoTMPyP、CoTCPP、CoTPPS）が光酸素発生系中で高い触媒活性を示すこと及び、系中で発生した一重項酸素の攻撃によってポルフィリンの開環反応が起こり、低活性種を与えることを報告した。初年度の研究で、一重項酸素と配位子の反応による開環反応を抑制するためにフッ素を導入した新規錯体CoFPSを開発し、触媒回転数（TON）、触媒回転頻度（TOF）の向上に成功した。本年度はさらに、塩素を修飾したCoClPSを開発し、さらなる耐久性と活性の向上に成功した。また、アメリカ合衆国イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のAndrew Gewirth教授との共同研究で、触媒反応中のその場ラマン分光によって触媒反応中間体Co(III)-(OO)-Co(III)の検出に成功し、その触媒反応機構を解明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は研究計画二年目の「コバルトポルフィリン錯体の酸素発生触媒反応機構の解明」というテーマで研究を行った。アメリカ合衆国イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のAndrew Gewirth教授と共同研究を行い、コバルトポルフィリン錯体修飾電極の電気化学的酸素発生能の評価及びその場ラマン分光、分光電気化学測定によって触媒反応中間体の検出に成功した。加えて、初年度に開発したコバルトポルフィリン上のアリール基の2及び6位にフッ素を導入した高耐久触媒CoFPSをさらに発展させた、新規触媒CoClPSを開発し、更なる活性及び耐久性の向上にも成功する等、多くの研究成果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
光酸素発生分子デバイスに関する構造―活性相関の解明に関して研究を行う。酸素反応機構解析の解析結果を考慮に入れ、より高活性な光酸素発生分子デバイスの開発を試みる。その際、連結部の構造変化や光増感剤の導入数、導入部位などについて、様々な組み合わせを試す。例えば、二つの触媒サイト間のO-O結合形成の立体阻害とならないように光増感剤を導入した場合や、逆に全てのAr基に光増感部位を導入した嵩高い分子の場合について比較検討する。
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