Fuel Regeneration from CO2 by Grid-Aligned Biomimetic Catalysts on Functionalized Silica

通过功能化二氧化硅上的网格对齐仿生催化剂从二氧化碳中再生燃料

• 批准号: 22KF0217
• 负责人: 大木 靖弘
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0217/
• 关键词: 鉄; 硫黄; クラスター; 錯体; 一酸化炭素

研究代表者らが近年見出した、CO2から炭化水素への触媒的な直接変換を可能にする酵素模倣型の金属硫黄クラスター錯体と、JSPS特別研究員が持つシリカ系材料のノウハウを組み合わせることで、シリカ担持ー金属硫黄クラスター触媒を開発し、CO2から炭化水素への多電子反応を促進することを、本研究の目的に設定した。初年度の本研究では、ビピリジン（bpy）基を空孔表面に規則配列させたメソポーラス有機シリカ（以下PMO）を富士フィルム和光純薬より購入し、これを配位子として用いて鉄硫黄クラスター錯体、特に立方体型のFe4S4錯体を固定化（担持）した。固定化後の錯体密度は、bpy配位子に対して15%前後であった。この結果と、用いたクラスター錯体の大きさ、およびbpy基がPMO内で約4.5A x 13A程度の間隔で配列していることを考慮すると、PMOの内部空孔を構成する6角形の６辺全てに錯体が固定化されるのではなく３辺程度に１つずつの錯体が固定化されていると分かる。またクラスター錯体間に生じる立体反発の問題から、これ以上の錯体を担持することは困難であることも解釈できた。調製した鉄硫黄クラスター錯体担持PMOを触媒としてCO2やCOの還元反応を検討した。その結果、CO2の還元は進行しなかったものの、COから炭化水素への還元反応は比較的効率よく進行することが判明した。炭化水素生成物は主にメタン出会ったが、C2やC3炭化水素も少量ながら生成することが判明した。また触媒活性は、鉄硫黄クラスター錯体のみを用いる場合と同程度かやや高いことが分かった。PMOの細孔奥深くで触媒反応が起こる可能性は低く、固定化した鉄硫黄クラスター錯体の全てが触媒反応サイトとして働かないと考えられる。従ってシリカ系材料へ鉄硫黄クラスター錯体を固定化することには、触媒寿命（あるいは触媒反応速度）を高める一定の効果があると評価できる。

这项研究的目的是通过结合酶模仿金属硫簇复合物来开发一种硅胶的金属硫簇催化剂，近年来可以将CO2催化直接转化为碳氢化合物，以及由JSPS特殊研究Fellows持有的硅胶材料的知识，并促进了CO2ROCROCROC的硅胶材料的知识。在研究的第一年中，介孔有机硅（以下称为PMO），其中双吡啶（BPY）组在空置毛孔的表面上订购，是从富士孔的fujifilm wako pure Chemical中购买的，并将其用作配体以固定（支撑）硫磺群配体硫酸盐群，尤其是cuber fe4s fe4s4s4s4s4。相对于BPY配体，固定化后的复合密度约为15％。考虑到这一结果，所使用的聚类络合物的大小以及BPY组在PMO内的大约4.5 A x 13 a排列的事实很明显，很明显，在构成PMO的内部孔的所有六边形的六个侧面，该复合物并未固定，但是一个复合物在三个侧面固定在三个侧。此外，可以解释出，由于群集复合物之间发生的立体螺栓问题，很难携带任何进一步的复合物。使用由铁硫簇复合物支持的准备PMO作为催化剂，研究了CO2和CO的还原反应。结果，尽管二氧化碳还原没有进展，但发现从CO到碳氢化合物的还原反应相对有效地进行。尽管碳氢化合物产物主要遇到甲烷，但发现它们产生少量的C2和C3烃。还发现，仅使用铁硫簇复合物时，催化活性与催化活性相似或略高。催化反应不太可能发生在PMO的毛孔中，据信，所有固定的铁硫簇复合物都不充当催化反应位点。因此，可以将固定在基于二氧化硅的材料上的铁硫簇复合物固定为对催化剂寿命（或催化反应速率）具有一定影响。