Efficient photocatalytic CO2 reduction using reversible complexation of the first-raw transition metal complexes

利用第一批过渡金属配合物原料的可逆络合作用高效光催化二氧化碳还原

基本信息

批准号：
21K05082
负责人：
竹田浩之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、「第一遷移金属錯体の弱い配位能による配位子の脱着」を積極的に利用した新たな戦略に基づき、中酸化状態の第一遷移金属錯体による特異な高効率CO2還元光触媒系を構築することを目的としている。今年度は、主に次の３項目について検討を行い重要な知見を得ることができた。1)昨年度見出した電子求引性置換基を有するbpy (2,2’-ビピリジン)系の配位子(L)と、Feイオンとの混合触媒において、Lとして必要な要素のさらなる知見を得た。すなわち、bpy系配位子に、金属配位に対する適度な抑制効果を及ぼす6,6’-ジメチル基を導入しなくてもCO2還元混合触媒として動作することがわかった。これは、これまでLとして用いられてきたphen (1,10-フェナントロリン)系配位子とは異なり、bpy系配位子では、２つのピリジン環間の結合軸回転により金属イオンへのキレート配位がphen系に比べ弱いためと推測された。2)混合触媒の反応性に対する保護剤(P)の効果を調べるため、反応系中に共存させるトリエタノールアミン(TEOA)濃度を変化させ光触媒反応を評価した。この結果、TEOA濃度の減少に伴いCO2還元効率と選択性が向上した。一方、Feイオンは等量程度のTEOAにより錯体形成を進行した。TEOAは有機溶媒中CO2雰囲気下においてプロトン供与体となることから、Feイオンの保護のみならず混合触媒へのプロトン供給源として働いていることが強く示唆された。Feイオンとの配位能を弱めたN-メチルジエタノールアミン(DEOA)をPとした場合も同様であったが、CO2還元の効率は低下した。3)Feイオン以外の第一遷移金属イオン(Cr, Mn, Co, Ni, Cu)との混合触媒構築を検討した。このうち、Coイオンとの混合触媒においてFeイオンと同様の原理によるCO2還元反応の進行が確認できた。

这项研究旨在基于一种新策略，使用中氧化状态下的第一过渡金属配合物来构建一种独特的，高效的CO2降低光催化剂系统，该新策略积极利用“通过首次过渡金属复合物的弱配位能力解吸配体的解吸”。今年，我们能够研究以下三个主要项目并获得重要的知识。 1）进一步了解了将BPY（2,2'Bipyridine）配体（L）与去年和Fe离子发现的催化剂（2,2'-双吡啶）配体（L）混合在一起的催化剂中所需元素的进一步了解。也就是说，已经发现，BPY配体可以作为CO2还原混合催化剂作用，而无需引入6,6'-二甲基，这对金属配位有中等抑制作用。这被认为是因为，与直到现在使用的eNC（1,10-苯磺胺）配体不同，由于两个吡啶环之间的键轴的旋转，BPPY配体与金属离子系统的螯合配位较弱。 2）为了研究保护剂（P）对混合催化剂反应性的影响，通过改变在反应系统中共存的三乙醇胺（TEOA）浓度来评估光催化反应。结果，随着TEOA浓度降低，二氧化碳的降低效率和选择性提高。另一方面，TEOA以相等量的Fe离子进行了复合形成。由于TEOA是在二氧化碳大气下的有机溶剂中的质子供体，因此强烈建议它不仅保护Fe离子，而且还可以作为混合催化剂的质子来源。当使用P使用N-甲醇胺（DEOA）时，与Fe离子的配位能力较弱，但降低二氧化碳的效率降低时也是如此。 3）我们研究了与Fe离子以外的第一个过渡金属离子（CR，MN，CO，NI，CU）的混合催化剂的构建。其中，使用与Fe离子相同的原理的二氧化碳还原反应的进展在与CO离子混合的催化剂中得到了证实。

项目成果

期刊论文数量（25）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Photocatalytic CO2 Reduction Using Cu(I) Complexes as a Redox Photosensitizer

使用 Cu(I) 配合物作为氧化还原光敏剂光催化 CO2 还原

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yibing Cai;Takeshi Matsumoto;Shuhei Yasuda;Shunsuke Yamada;Junko N. Kondo;Toshiyuki Yokoi;Hiroyuki Takeda
通讯作者：
Hiroyuki Takeda

Efficient Photocatalytic CO2 Reduction Using Abundant Metal Complexes

利用丰富的金属配合物高效光催化二氧化碳还原