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，对全球变暖的主要因素转化为有用的化合物的二氧化碳的转换积极进行了研究，目的是实现一个可持续的无碳社会。对于分子催化剂，例如金属复合物，基于分子水平反应对照，高度选择性的二氧化碳是可能的。另一方面，几乎没有报道分子催化剂系统，它提供了两电子还原产物，例如CO和甲酸，并产生甲醇和甲烷（6-8-电子还原产物）。因此，在这项研究中，我们评估了复合催化剂对CO2还原反应的功能，其中稳定的羰基（CO）中间物种是在CO2大气中形成的，并与CO（I）物种的形成以及随后的顺序还原反应相结合。首先，当评估光化学CO2还原反应的催化剂特性时，显示了CO2还原反应的催化剂活性。随后，进行了环状伏安法（CV），并在AR气氛下显示了四个可逆氧化还原波。接下来，在二氧化碳气氛下进行了类似的测量，并观察到伴随配体还原的二氧化碳减少引起的当前值增加。接下来，在二氧化碳大气中进行恒定电势电解，以分析减少的产物。结果，由于CO以外的多电子还原，没有确认气体/液相产物。其原因是各种反应分析表明，CO散发了配体还原。另一方面，我们发现可以通过对各种复杂催化剂进行量子化学计算来在某种程度上预测CO是否仍然牢固地捕获在复杂的催化反应场中。

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