Devlopment of Molecular Catalysts Promoting Consecutive Reductions of Carbon Dioxide with High Selectivity

开发促进二氧化碳连续高选择性还原的分子催化剂

基本信息

批准号：
21K05100
负责人：
山内幸正
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu 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

近年、持続可能な脱炭素社会の実現を目指し、地球温暖化の主要因であるCO2の有用化合物への変換反応に関する研究が盛んに行われている。金属錯体などの分子性触媒については、分子レベルの反応制御に基づき高選択的なCO2還元が可能である。その一方で、その研究例のほとんどがCOやギ酸などの２電子還元生成物を与え、メタノール、メタン（６、８電子還元生成物）を生成する分子性触媒系はほとんど報告されていない。そこで、本研究ではCO2雰囲気下でCo(I)種形成に伴い安定なカルボニル（CO）中間種を形成し後続の逐次的な還元反応が期待される錯体触媒のCO2還元反応に対する機能評価を行った。まず、光化学的なCO2還元反応に対する触媒特性の評価を行ったところ、CO2還元反応に対する触媒活性を示した。続いて、サイクリックボルタンメトリー（CV）を行ったところ、Ar雰囲気下において４段階の可逆的な酸化還元波を示した。次に、CO2雰囲気下で同様の測定を行ったところ、配位子還元に伴ったCO2還元に起因する電流値の増大が観測された。次に、CO2雰囲気下で定電位電解を行い還元生成物の分析を行った。その結果、CO以外の多電子還元に伴うガス／液相生成物は確認されなかった。その理由として、配位子還元に伴いCOを放散することが各種反応解析から明らかとなった。一方で、錯体触媒反応場にCOが強固に捕捉され続けるかについては、多種の錯体触媒に対し量子化学計算を行うことである程度予測できることを見出した。

近年来，为了实现可持续的脱碳社会，人们积极开展将全球变暖的主要原因CO2转化为有用化合物的研究。对于金属络合物等分子催化剂，基于分子水平的反应控制，可以实现高选择性的 CO2 还原。另一方面，大多数研究实例给出了CO和甲酸等二电子还原产物，而关于产生甲醇和甲烷（六电子和八电子还原产物）的分子催化剂体系的报道很少。因此，在本研究中，我们对复合催化剂的 CO2 还原反应进行了功能评估，该催化剂预计在 CO2 气氛中形成稳定的羰基 (CO) 中间体，并形成 Co(I) 物种，并进行随后进行连续还原反应。首先，我们评估了光化学CO2还原反应的催化性能，结果显示了CO2还原反应的催化活性。随后进行循环伏安法（CV），结果显示在Ar气氛中出现四步可逆氧化还原波。接下来，当在CO 2 气氛中进行类似的测量时，观察到由于伴随配体还原的CO 2 还原而导致的电流值增加。接下来，在CO2气氛中进行恒电位电解并分析还原产物。结果，除了CO之外，没有确认与多电子还原相关的气/液相产物。各种反应分析表明，其原因是随着配体的还原，CO 被释放。另一方面，我们发现通过对各类复合催化剂进行量子化学计算，可以在一定程度上预测CO是否会在复合催化剂反应领域中继续被强烈捕获。

项目成果

期刊论文数量（24）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Intracluster O-O Coupling Pathway Evidenced for an Anderson-Type Single-Cobalt Polymolybdate Water Oxidation Catalyst

安德森型单钴多钼酸盐水氧化催化剂的簇内 O-O 偶联途径

DOI：
10.1021/acscatal.2c05925
发表时间：
2023
期刊：
ACS Catalysis
影响因子：
12.9
作者：
Taira Natsuki;Yamauchi Kosei;Sakai Ken
通讯作者：
Sakai Ken

Co-NHC錯体を触媒とする光化学的二酸化炭素還元反応

Co-NHC配合物催化的光化学二氧化碳还原反应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐藤想真;古川慎悟;齊藤孝亮;高瀬舞;前田晃志・山内幸正・酒井健
通讯作者：
前田晃志・山内幸正・酒井健

新規Co-NHC錯体の合成と光水素生成触媒機能

新型Co-NHC配合物的合成及光产氢催化功能

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masaki Yoshida;Mari Kimura;Atsushi Kobayashi;Masako Kato;小泉風音・吉田枝実花・中井大央・松尾司;佐藤想真・古川慎悟・齊藤考亮・高瀬舞・馬渡康輝;河村佳央理・山内幸正・酒井健
通讯作者：
河村佳央理・山内幸正・酒井健

Photochemical and Electrochemical Hydrogen Evolution from Water Catalyzed by Co-NHC Complexes

Co-NHC 配合物催化水的光化学和电化学析氢