金属ポルフィリン錯体触媒による超高エネルギー効率での水分解/酸素発生

使用金属卟啉配合物催化剂的超高能效水分解/制氧

• 批准号: 10F00037
• 负责人: 成田 吉徳
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00037/
• 关键词: 水分解; 過電圧; 電解触媒; 水素生成; エネルギー効率; 水の酸化; 卑金属イオン; 水の分解触媒; 電解

水の4電子酸化反応は、植物等の光合成における当該反応の研究から水素エネルギー社会におけるグリーン水素の効率的生産に至るまで、環境に負荷を与えず、かつ理論的に高効率で物理エネルギー(光、電力など)を化学エネルギー(燃焼等によりへと変換する反応として重要であり、世界中で急速に研究展開されている領域である。現在、世界中で競って研究がされている「人工光合成」反応の成否は如何に水を低エネルギーで完全分解できるかにかかっている。この目的を実現するため本年度は次の目標で研究を進め、以下の成果を得た。1.開発した水分解触媒の人工光合成系への適用本研究で開発したマンガンポルフィリン二量体は極めて低過電圧で水分解を触媒的に行える。この電気化学的特性は、色素増感型太陽電池における増感色素の酸化体の還元電位と水の酸化電位の中間に位置する。そこで色素増感太陽電池の原理を適用し、ルテニウム錯体とマンガンポルフィリン二量体を二酸化チタンナノ粒子表面に共修飾した電極を用いて水溶液中において可視光照射による水分解反応を行った。その結果、バイアス電位を電極間に適用すること無く、光照射により色素吸収長波長末端670nmまで光応答電流が観測され、475nmにおける量子収率は約3%に達した。また、光照射による酸素/水素発生が観測され、その定量により90%以上の電流効率で水分解が可能となった。2.コバルト錯体による水分解反応各種金属錯体を検討することにより、新たに含窒素配位子を持つコバルト錯体が水分解に適した性能を有することを見いだした。水溶性錯体として均一水溶液中での電解を行うと中性溶液付近で過電圧が最小となった。また、この電極を用いて連続水分解反応を行うと24時間後においても電解電流の低下は見られず高い耐久性を有していることが明らかとなった。

水的四电子氧化反应已被广泛应用于植物光合作用等的研究中，对于氢能社会中高效生产绿色氢来说，作为一种化学能转换反应非常重要。燃烧等）转化为化学能（通过燃烧等），是全世界正在迅速研究的领域。“反应的成功或失败取决于水的能量有多低。为了实现这一目标，我们进行了以下目标的研究，并获得了以下成果： 1.将所开发的水分解催化剂应用到由锰卟啉开发的人工光合作用系统中。这种电化学性质介于染料敏化太阳能电池中敏化染料氧化形式的还原电位和水的氧化电位之间。应用染料敏化太阳能电池的原理，使用二氧化钛纳米颗粒的表面被铼络合物和锰卟啉二聚体共修饰的电极，通过可见光照射在水溶液中进行水分解反应，而不在电极之间施加偏压。光照射时，在染料吸收长波长端670 nm处观察到光响应电流，475 nm处的量子产率达到约3%。此外，观察到由于光照射而产生氧/氢，并对其进行定量电流效率超过90%。 2.使用钴络合物的水分解反应通过研究各种金属络合物，我们发现具有含氮配体的钴络合物具有适合于水分解的水溶性络合物的性质。当在水溶液中进行电解时，过电压在中性溶液附近达到最小值。此外，当使用该电极进行连续水分解反应时，即使在24小时后也没有观察到电解电流的减少，显示出高耐久性事实已经很清楚了。

项目成果

Studying the mechanism of molecular catalyst fixation on the nanoporous Ti02 thin film developed by chemical and thermal treatments of titanium metal for water splitting and fuel cell applications

研究通过钛金属化学和热处理开发的纳米多孔 TiO2 薄膜上的分子催化剂固定机制，用于水分解和燃料电池应用

• 发表时间: 2013
• 作者: R. Khanna;S. Yamaguch;T. Matsushita;T. Kokubo;Y. Naruta;T. Ohta;and H. Takadama
• 通讯作者: and H. Takadama

Efficient water oxidation with cobalt and manganese porphyrin dimers assembled on metal oxide surface

利用金属氧化物表面组装的钴和锰卟啉二聚体进行高效水氧化

• 发表时间: 2011
• 作者: Z.N.Zahran;T.Ohta;Y.Naruta
• 通讯作者: Y.Naruta

Development of Water-Oxidation Molecular Catalysts toward Artificial Photosynthesis

人工光合作用水氧化分子催化剂的开发

• 发表时间: 2011
• 作者: E.A.Mohamed;Z.N.Zahran;T.Ohta;Y.Naruta;Hideki MATSUOKA;Y.Naruta
• 通讯作者: Y.Naruta