Tuning electrochemical reactions via reaction field design

通过反应场设计调节电化学反应

基本信息

批准号：
22K14542
负责人：
片山祐
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

層状酸化物の層間に金属錯体からなる触媒活性サイトを導入し、層間を反応の舞台（＝ナノ反応場）に見立てた電極触媒の合成に成功した。具体的には、活性サイトとして単一の金属錯体を用いるものに加えて、複数種の金属錯体が共存状態で存在するものの合成に成功している。オペランド分光法を用いて各種電気化学反応中の層間環境の観察にも成功した。顕著な知見を以下に示す。（１）合成したナノ反応場においては、従来の活性金属の電子状態に加え、層間に共収容された溶媒分子の水素結合ネットワークが、触媒の活性に大きく寄与することが明らかになった。特に、第三体イオンと呼ばれる反応に直接関与しないイオン種の影響が、バルクでの電気化学反応と比較して顕著に現れることが分かった。（２）合成したナノ反応場において、エネルギー変換反応（酸素還元反応）、物質変換反応（酸素発生、水素発生反応）に成功した。酸素還元反応については2電子経路が選択的に進行するなど、バルクとは異なる反応選択性を確認した。また、物質変換反応については、触媒活性サイト比率を制御することで、反応過電圧を低減できることが明らかになった。（３）合成したナノ反応場において、収容された金属錯体そのものの酸化・還元反応を確認した。特に、還元反応によって、層間に金属ナノ粒子を析出できることを明らかにした。この層間に収容された金属ナノ粒子は、そのまま電気化学触媒もしくは触媒活性サイトとして利用できることも示唆された。

通过在层状氧化物的层之间引入由金属络合物制成的催化活性位点，我们成功合成了将层间作为反应阶段（=纳米反应场）的电极催化剂。具体来说，除了使用单一金属络合物作为活性位点的化合物外，我们还成功合成了多种金属络合物共存的化合物。我们还使用操作光谱成功地观察了各种电化学反应期间的层间环境。值得注意的发现如下所示。（1）在合成纳米反应领域，人们发现除了传统活性金属的电子态外，层间共容的溶剂分子的氢键网络对催化剂的活性有很大贡献。特别是，我们发现不直接参与反应的离子种类（称为第三体离子）的影响比本体电化学反应更为明显。（2）在合成纳米反应领域成功开展了能量转换反应（氧还原反应）和物质转换反应（制氧制氢反应）。对于氧还原反应，我们证实反应选择性与本体反应不同，例如双电子路径选择性地进行。此外，已经表明，可以通过控制材料转化反应中催化活性位点的比例来降低反应过电势。 (3)在合成纳米反应领域，确认了容纳的金属络合物本身的氧化和还原反应。特别是，据揭示，金属纳米粒子可以通过还原反应在层之间沉淀。还有人建议，容纳在这些层之间的金属纳米颗粒可以直接用作电化学催化剂或催化活性位点。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Atomic Scale Understanding of the Electrochemical Interfaces：Operando Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy (SEIRAS)

电化学界面的原子尺度理解：操作表面增强红外吸收光谱 (SEIRAS)

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Asuka Morinaga;Keisuke Shirai;Hiromori Tsutsumi;Masaharu Nakayama;Yu Katayama;Yu Katayama;Yu Katayama
通讯作者：
Yu Katayama

Imperial College London(英国)

伦敦帝国理工学院（英国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Carboxamide-Directed Stereospecific Couplings of Chiral Tertiary Alkyl Halides with Terminal Alkynes

DOI：
10.1021/acscatal.2c02433
发表时间：
2022-08
期刊：
ACS Catalysis
影响因子：
12.9
作者：
Hiroki Akagawa;Naoki Tsuchiya;Asuka Morinaga;Y. Katayama;Michinori Sumimoto;T. Nishikata
通讯作者：
Hiroki Akagawa;Naoki Tsuchiya;Asuka Morinaga;Y. Katayama;Michinori Sumimoto;T. Nishikata

層状 MnO2内における Pt 単原子の合成およびその電気化学特性

层状MnO2中单原子Pt的合成及其电化学性能