Development of cerium-containing MOFs as photo-catalysts for transformation of light alkanes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18962
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 33:Organic chemistry and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: TSURUGI HAYATO 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (60432514)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 光触媒 / カルボン酸 / 脱炭酸 / 金属クラスター

Outline of Final Research Achievements

Since metal clusters are the key building blocks of MOFs, elucidating the photocatalytic properties of metal clusters and developing new molecular transformation reactions are crucial research targets to demonstrate the potential of MOFs as photocatalysts. We focused on cerium and iron clusters surrounded by carboxylate ligands and explored their reactivity towards formation of carboxyl radicals as well as decarboxylative functionalization reactions via photo-reduction under blue LED light irradiation. We achieved formation of carbon-carbon and heteroelement bonds via reactions with oxygen molecules, azo compounds, and electron-deficient alkenes. Notably, we discovered that carboxylic acids with easily oxidizable functional groups are also applicable for the iron cluster catalysts.

Free Research Field

有機合成化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光エネルギーを反応駆動力とする有機合成反応は、従来の熱エネルギーを用いる反応よりも省エネルギーであり、反応の選択性が異なる可能性を秘めていることから、その反応を促進する光触媒の開発が盛んである。今回、複数の金属からなる金属クラスターが優れた光触媒として作用し、カルボン酸の脱炭酸－官能基化反応の触媒として作用することを明らかにした。特に鉄クラスターを用いると、天然から入手可能な様々なカルボン酸を光触媒反応に用いることが可能となり、使用できる基質の大幅な拡大につながる研究成果を得た。