複素環式化合物とその遷移金属錯体による光触媒系の炭酸ガス還元反応機構の解明と検証

局所密度汎関数法(DFT-LDA)に基礎をおく量子分子動力学(QMD）を用いて、実験環境温度（室温）に平衡な、光触媒物質（ここでは暫定的に、環数の異なった2種類の環式炭化水素が1次元的に連なったもの）、助触媒（同、遷移金属や複素環式化合物等）、反応液（同、アセトニトリル、アミン類、水、二酸化炭素分子等が主成分）、からなる、実験系をほぼ忠実に再現したいくつかの不均一系計算モデルを構築し、それぞれの系全体の電子構造の詳細をまずはLDAレベルで明らかにしつつある。前年度は、構成要素の特別な集合状態を想定しない室温平衡状態で、各構成要素分子の電子構造が、全システムの大雑把な電子構造においてどのように位置づけられるかマッピングし、単純に溶存する二酸化炭素分子に光励起電子を注入することは難しいこと等を明らかにした。本年度はそれら基礎的知見をもとに、溶存する二酸化炭素分子の周辺環境を変えることで当該二酸化炭素分子の電子構造がどのように変化するかについて検討した。より具体的には、遷移金属イオン、複素環式化合物、光触媒物質、二酸化炭素分子等で構成されるいくつかの配位構造体が溶液中で形成されることを想定してその室温平衡状態における電子構造を調べるというものである。直線的な二酸化炭素分子構造が、周辺環境により室温程度でも構造が変化し、少なからずその電子構造に影響を与えることが分かり、現在その様々な制御因子について検討を重ねている状況である。

局所密度汎関数法(DFT-LDA)に基礎をおく量子分子動力学(QMD）を用いて、実験環境温度（室温）に平衡な、光触媒物質（ここでは暫定的に、環数の異なった2種類の環式炭化水素が1次元的に連なったもの）、助触媒（同、遷移金属や複素環式化合物等）、反応液（同、アセトニトリル、アミン類、水、二酸化炭素分子等が主成分）、からなる、実験系をほぼ忠実に再現したいくつかの不均一系計算モデルを構築し、それぞれの系全体の電子構造の詳細をまずはLDAレベルで明らかにしつつある。前年度は、構成要素の特別な集合状態を想定しない室温平衡状態で、各構成要素分子の電子構造が、全システムの大雑把な電子構造においてどのように位置づけられるかマッピングし、単純に溶存する二酸化炭素分子に光励起電子を注入することは難しいこと等を明らかにした。本年度はそれら基礎的知見をもとに、溶存する二酸化炭素分子の周辺環境を変えることで当該二酸化炭素分子の電子構造がどのように変化するかについて検討した。より具体的には、遷移金属イオン、複素環式化合物、光触媒物質、二酸化炭素分子等で構成されるいくつかの配位構造体が溶液中で形成されることを想定してその室温平衡状態における電子構造を調べるというものである。直線的な二酸化炭素分子構造が、周辺環境により室温程度でも構造が変化し、少なからずその電子構造に影響を与えることが分かり、現在その様々な制御因子について検討を重ねている状況である。