マンガン錯体や鉄錯体を用いたアンモニア分子の触媒的な変換反応の開発

利用锰铁络合物进行氨分子催化转化反应的进展

基本信息

批准号：
20J14019
负责人：
戸田広樹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アンモニアは高いエネルギー密度を有する物質であるため、化合物としてエネルギーを貯蔵・運搬するエネルギーキャリアとしての利用が注目を集めている。触媒的なアンモニアの酸化反応は、アンモニアを窒素へと変換する過程で電子をエネルギーとして取り出せるため、燃料電池への応用が可能である。今年度は、マンガン錯体を用いた触媒的なアンモニア酸化反応の開発に向けて、種々のサレン配位子を有する錯体の合成と、触媒反応の検討を行った。その結果、錯体あたり最大で14等量の窒素の発生を確認し、触媒反応の進行を確認した。加えて、電気化学的酸化条件下でのアンモニア酸化反応の検討を行い、96%という高いファラデー効率で触媒反応が進行することを見出した。本反応の詳細な反応機構についても検討を行っており、アンモニアの求核攻撃によって窒素間結合が生成する反応機構で触媒反応が進行していることを見出した。その他、本年度はルテニウム錯体を用いた触媒的アンモニア酸化反応における置換基効果についての検討も行った。その結果、アキシアル配位子であるピリジンの3,4位にブロモ基を導入した錯体において、触媒活性が大幅に向上することを見出した。

由于氨是一种具有高能量密度的物质，因此其作为化合物储存和运输能量的能量载体的应用引起了人们的关注。催化氨氧化反应可以应用于燃料电池，因为在将氨转化为氮气的过程中可以提取电子作为能量。今年，为了开发利用锰络合物的催化氨氧化反应，我们合成了具有各种salen配体的络合物并研究了催化反应。结果，确认每个络合物产生高达14当量的氮，证实了催化反应的进展。此外，我们研究了电化学氧化条件下的氨氧化反应，发现催化反应的法拉第效率高达96%。我们还研究了该反应的详细反应机理，发现催化反应是通过氨的亲核攻击形成氮-氮键的反应机理进行的。此外，今年我们还研究了钌配合物催化氨氧化反应中的取代基效应。结果，我们发现在轴向配体吡啶的3和4位引入溴基团的配合物的催化活性显着提高。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

マンガン錯体を用いたアンモニアの触媒的酸化反応

锰络合物催化氨氧化反应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
戸田広樹;坂田健;西林仁昭
通讯作者：
西林仁昭

遷移金属錯体を用いた触媒的なアンモニア酸化反応

过渡金属配合物催化氨氧化反应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Wada Takumi;Hironaka Ken-ichi;Wataya Mitsutaka;Fujii Masashi;Eto Miki;Uda Shinsuke;Hoshino Daisuke;Kunida Katsuyuki;Inoue Haruki;Kubota Hiroyuki;Takizawa Tsuguto;Karasawa Yasuaki;Nakatomi Hirofumi;Saito Nobuhito;Hamaguchi Hiroki;Furuichi Yasuro;Manabe Yas;戸田広樹
通讯作者：
戸田広樹

マンガン錯体を触媒とするアンモニア酸化反応における置換基効果の検討

锰络合物催化剂氨氧化反应中取代基效应的研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
黒木海仁;戸田広樹;西林仁昭
通讯作者：
西林仁昭

Manganese-catalysed Oxidative Conversion of Ammonia into Dinitrogen

锰催化氨氧化转化为氮气

DOI：
10.26434/chemrxiv.12619376.v1
发表时间：
2020
期刊：
ChemRxiv
影响因子：
0
作者：
Hiroki Toda;Kazunari Nakajima;Ken Sakata;Yoshiaki Nishibayashi
通讯作者：
Yoshiaki Nishibayashi

Manganese‐Catalyzed Ammonia Oxidation into Dinitrogen under Chemical or Electrochemical Conditions

化学或电化学条件下锰催化氨氧化成氮气

DOI：
10.1002/cplu.202100349
发表时间：
2021
期刊：
ChemPlusChem
影响因子：
3.4
作者：
Toda Hiroki;Kuroki Kaito;Kanega Ryoichi;Kuriyama Shogo;Nakajima Kazunari;Himeda Yuichiro;Sakata Ken;Nishibayashi Yoshiaki
通讯作者：
Nishibayashi Yoshiaki