計算化学が主導する窒素の光還元反応を駆動力とした新規アンモニア燃料電池の開発

计算化学驱动的氮光还原反应驱动的新型氨燃料电池的开发

• 批准号: 21J12850
• 负责人: 池田 京
• 金额: $ 0.96万
• 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: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12850/
• 关键词: DFT計算; IBO解析; 低原子価錯体; 水素分子; 還元反応

均一系触媒において、窒素分子を還元しアンモニアを合成するには低原子価の金属錯体が必須である。「新規アンモニア燃料電池」の開発にあたり、低原子価金属錯体の生成についての研究を行った。近年、小江らは水溶液中において水素分子を還元剤とした低原子価ロジウム錯体の生成を報告した。彼らの研究では、ロジウム錯体は水素分子と反応することで二つのプロトンを放出し、自身は二電子還元される。水素分子を用いた金属錯体の還元反応の例は、これまでにヒドロゲナーゼのモデル錯体だけにとどまっており、モンサント法など産業利用されている金属錯体においての例はない。そこで、我々は密度汎関数理論(DFT)に基づいた量子化学計算を実行することで、低原子価ロジウム錯体の詳細な反応機構解析を行った。その結果、ロジウム錯体は水素分子と反応し、ロジウム-ヒドリド錯体を経由することで二電子還元された低原子価ロジウム錯体を生成することが明らかとなった。この反応では活性化エネルギーが10kcal/mol未満であり、非常に素早く反応していることを示唆する結果となった。さらに、固有結合軌道(IBO)解析を実行し、ロジウム原子がブレンステッド酸として働くことでロジウム-ヒドリド錯体がヒドリドをプロトンとして放出していることを明らかにした。その際のpKaは3.0であり、酢酸よりも強い酸であることを示した。以上の結果は、水素分子を用いることでアンモニア合成に必要な低原子価金属錯体を容易に生成できる可能性を示しており、窒素分子還元によるアンモニア合成並びにそれを利用した新規燃料電池開発において非常に有用な知見をもたらした。

Homogenous system catalyst に お い て, smothering molecule を also yuan し ア ン モ ニ ア を synthetic す る に は low atomic 価 の metal misprinted が must で あ る. The development of "new regulations on ア モニア モニア fuel cells" and the research on the generation of low-atom 価 metal miso <e:1> are currently in the を and った fields. In recent years, jiang ら は in aqueous solution, に お い て water molecule を yuan also tonic と し た low atomic 価 ロ ジ ウ ム misprinted の reports generated を し た. He ら の research で は, ロ ジ ウ ム misprinted は water molecule と anti 応 す る こ と で two つ の プ ロ ト ン を release し, own は two electrons also yuan さ れ る. Water molecule を with い た metal misprinted の is yuan against 応 の は, こ れ ま で に ヒ ド ロ ゲ ナ ー ゼ の モ デ ル misprinted だ け に と ど ま っ て お り, モ ン サ ン ト method な ど industry use さ れ て い る metal misprinted に お い て の example は な い. そ こ で, I 々 は density masato number theory (DFT) に づ い を た quantum chemical calculation on line be す る こ と で, low atomic 価 ロ ジ ウ ム misprinted の な detailed analytical line を っ 応 authorities た. そ の results, ロ ジ ウ ム misprinted は water molecule と anti 応 し, ロ ジ ウ ム - ヒ ド リ ド misprinted を 経 by す る こ と で two electrons also yuan さ れ た low atomic 価 ロ ジ ウ ム misprinted を generated す る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の anti 応 で は activeness エ ネ ル ギ ー が 10 kcal/mol, not against で あ り, very early く に element 応 し て い る こ と を in stopping す る results と な っ た. さ ら に, inherent combining rail (IBO) parsing を be し, ロ ジ ウ ム atomic が ブ レ ン ス テ ッ ド acid と し て 働 く こ と で ロ ジ ウ ム - ヒ ド リ ド misprinted が ヒ ド リ ド を プ ロ ト ン と し て release し て い る こ と を Ming ら か に し た. Youdaoplaceholder0 そ intercalated <s:1> pKa であ 3.0であ であ, oxalic acid よ, strong <s:1> acid である た とを shows た た. は の results above, the water molecule を with い る こ と で ア ン モ ニ ア synthetic に necessary な low atomic 価 metal misprinted を に easily generate で き を る possibility in し て お り, smothering molecule also yuan に よ る ア ン モ ニ ア synthesis and び に そ れ を using し た new rules on fuel cell open 発 に お い て very useful に な knowledge を も た ら し た.

项目成果

Ru1置換型Keggin-typeポリ酸が触媒する水中での選択的ベンゼン水酸化反応の提案

Ru1取代Keggin型多元酸催化水中选择性苯羟基化反应的研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田京;塩田淑仁;吉澤一成
• 通讯作者: 吉澤一成

Detailed assessment of mechanisms for methane hydroxylation to methanol by an iridium-oxo complex

铱-氧配合物将甲烷羟基化为甲醇的机制的详细评估

• 发表时间: 2021
• 作者: Kei Ikeda;Muhammad Haris Mahyuddin;Yoshihito Shiota;Kazunari;Yoshizawa
• 通讯作者: Yoshizawa

計算化学によるRu1置換型ポリオキソメタレートによる水中における選択的ベンゼン水酸化触媒の提案

利用计算化学提出的使用 Ru1 取代的多金属氧酸盐在水中选择性苯羟基化催化剂的建议

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田京;塩田淑仁;吉澤一成
• 通讯作者: 吉澤一成

計算化学による水中での選択的ベンゼン水酸化触媒(Ruモノ置換Keggin型ポリオキソメタレート)の開発

利用计算化学开发水中选择性苯羟基化催化剂（Ru 单取代 Keggin 型多金属氧酸盐）

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田京;塩田淑仁;吉澤一成
• 通讯作者: 吉澤一成

計算化学によるルテニウムモノ置換ポリオキソメタレートを触媒としたベンゼン水酸化反応の提案

使用单取代多金属氧酸钌作为催化剂的计算化学苯羟基化反应的建议

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田京;塩田淑仁;吉澤一成
• 通讯作者: 吉澤一成