コバルト錯体を基盤とした高効率光酸素発生触媒系の構築

基于钴配合物的高效光产氧催化剂体系的构建

基本信息

  • 批准号:
    14J06604
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2014-04-25 至 2017-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

非水溶性コバルトポルフィリン錯体の電気化学的酸素発生触媒能を評価するために、修飾電極を作成した。作成した電極の電気化学的触媒反応挙動及びその反応機構について詳細に研究を行った。コバルトポルフィリン修飾電極はグラッシーカーボンあるいは金電極上にコバルトポルフィリンを物理吸着させることによって作成した。これらの修飾電極はpH 9.0ホウ酸バッファー中で高い酸素発生触媒活性を示した。加えてバルク電解後の電極表面のXPS測定の結果、酸化コバルトを生成しないことを明らかにした。酸素発生反応中の金電極表面の表面増強ラマン散乱法(SERS)により、触媒反応中間体であるCo(III)-OOH種の生成を示唆する新たな吸収帯を観測した。また、分光電化学測定によって、コバルトポルフィリン錯体は二段階のポルフィリン配位子の酸化を経た後に、酸素発生反応の鍵となる中間体である、コバルトオキソ種を生成することを明らかにした。それに加え、酸素発生のH2OまたはD2O中での速度論的同位体効果を評価することにより、反応の律速過程はCo(III)-OOH種からのプロトンの脱離を伴う酸化過程、いわゆるプロトン共役電子移動過程であることが明らかとなった。以上の結果より、酸素発生反応機構を明らかにした。本研究により、コバルトポルフィリン錯体は高い触媒活性と耐久性を併せ持つ優れた分子性触媒であることが示された。
制备了修饰电极来评价水不溶性钴卟啉配合物的电化学析氧催化能力。我们对所制备的电极的电化学催化反应行为及其反应机理进行了详细的研究。钴卟啉修饰电极是通过将钴卟啉物理吸附到玻碳或金电极上制备的。这些修饰电极在 pH 9.0 硼酸盐缓冲液中表现出高析氧催化活性。此外,本体电解后电极表面的XPS测量表明没有产生氧化钴。在析氧反应过程中,我们在金电极表面使用表面增强拉曼散射 (SERS),观察到一个新的吸收带,表明形成了 Co(III)-OOH 物质,这是一种催化反应中间体。此外,光谱电化学测量表明,钴卟啉配合物在经历卟啉配体的两步氧化后,会产生钴氧物种,这是析氧反应的关键中间体。此外,通过评估 H2O 或 D2O 中析氧的动力学同位素效应,我们发现反应的限速步骤是氧化过程,涉及 Co(III)-OOH 物质中质子的解吸,即很明显,这是一个电子转移过程。由以上结果,阐明了氧气生成反应机理。这项研究表明,钴卟啉配合物是一种优异的分子催化剂,具有高催化活性和耐久性。

项目成果

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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Water Oxidation Catalysis by Water-Soluble Cobalt Porphyrins
水溶性钴卟啉的水氧化催化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中薗孝志;Alexander Rene Parent;酒井 健
  • 通讯作者:
    酒井 健
Improving Singlet Oxygen Resistance during Photochemical Water Oxidation by Cobalt Porphyrin Catalysts
  • DOI:
    10.1002/chem.201500716
  • 发表时间:
    2015-04-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Nakazono, Takashi;Parent, Alexander R.;Sakai, Ken
  • 通讯作者:
    Sakai, Ken
コバルトポルフィリン修飾電極による酸素生成触媒反応のその場ラマン分光観察
钴卟啉修饰电极产氧催化反应的原位拉曼光谱观察
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中薗孝志;Edmund Tse;Andrew Gewirth;酒井 健
  • 通讯作者:
    酒井 健
Photoinduced water oxidation Properties of Cobalt Porphyrin Catalysts
钴卟啉催化剂的光致水氧化性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中薗孝志;Alexander Rene Parent;酒井 健
  • 通讯作者:
    酒井 健
ハロゲン化アリール基を有するコバルトポルフィリン錯体の光酸素発生触媒機能
卤代芳基钴卟啉配合物的光产氧催化功能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中薗孝志;Alexander Rene Parent;酒井 健
  • 通讯作者:
    酒井 健
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