Development of efficient solar carbon dioxide fixation system based on low-overpotential catalysts

基于低过电势催化剂的高效太阳能二氧化碳固定系统的开发

基本信息

批准号：
21H02042
负责人：
八木政行
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

単核鉄錯体Febpcは、二酸化炭素還元に効果的な軸配位サイトを提供するため、高活性な二酸化炭素還元触媒として働く。しかし、平面配位子にクロロ基を導入していない類似錯体Febpbは、同条件で二酸化炭素還元触媒活性を示さない。これは、平面配位子の電子状態により、軸配位サイトの二酸化炭素還元触媒活性を制御できることを示す結果である。本研究では、平面型鉄錯体に、様々な置換基を導入したFebpc誘導体を合成して、鉄錯体の二酸化炭素還元触媒活性を化学チューニングすることにより、高活性な触媒を合成する。申請者は、FebpcがDMF有機溶媒中で1.9 mM（0.01 atm CO2 分圧）の低CO2濃度でも高効率にCO2を還元し、COを生成することを見出した。これは、Febpcが、効果的にCO2をFebpcの軸位に取り込む能力を有することを示す、興味深い結果である。さらに、Febpcの類縁体である、フッ素導入型のFefbpcの合成に成功した。これを触媒として、水とフェノールをH+源としたCO2飽和DMF溶液の電解実験を行ったところ、COとH2に加えて微量のCH4の発生することを見出した。現在、これらの研究成果に基づいて、CH4を高選択的に生成するCO2還元錯体触媒の合成、並びに水中における低濃度CO2還元によるCH4製造を促進する錯体修飾電極の作製を進めている。

单核铁配合物 Febpc 可以作为高活性的二氧化碳还原催化剂，因为它为二氧化碳还原提供了有效的轴向配位位点。然而，类似的配合物Febpb在平面配体中没有引入氯基团，在相同条件下不表现出二氧化碳还原催化活性。这一结果表明，轴向配位位点的二氧化碳还原催化活性可以通过平面配体的电子态来控制。在本研究中，我们将通过合成在平面铁配合物中引入各种取代基的Febpc衍生物，并通过化学方法调节铁配合物的二氧化碳还原催化活性来合成高活性催化剂。申请人发现，即使在DMF有机溶剂中1.9 mM（0.01 atm CO2分压）的低CO2浓度下，Febpc也能高效地还原CO2并生成CO。这是一个有趣的结果，表明 Febpc 具有有效地将 CO2 纳入 Febpc 轴向位置的能力。此外，我们成功合成了掺氟Febpc，它是Febbpc的类似物。以此为催化剂，我们以水和苯酚为H+源，对CO2饱和的DMF溶液进行电解实验，发现除了CO和H2外，还生成了微量的CH4。基于这些研究成果，我们目前正在致力于高选择性生产CH4的CO2还原复合催化剂的合成，以及通过水中低浓度CO2还原促进CH4生产的复合修饰电极的制造。