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Efficient photocatalytic CO2 reduction using reversible complexation of the first-raw transition metal complexes

利用第一批过渡金属配合物原料的可逆络合作用高效光催化二氧化碳还原

基本信息

批准号：
21K05082
负责人：
竹田浩之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、「第一遷移金属錯体の弱い配位能による配位子の脱着」を積極的に利用した新たな戦略に基づき、中酸化状態の第一遷移金属錯体による特異な高効率CO2還元光触媒系を構築することを目的としている。今年度は、主に次の３項目について検討を行い重要な知見を得ることができた。1)昨年度見出した電子求引性置換基を有するbpy (2,2’-ビピリジン)系の配位子(L)と、Feイオンとの混合触媒において、Lとして必要な要素のさらなる知見を得た。すなわち、bpy系配位子に、金属配位に対する適度な抑制効果を及ぼす6,6’-ジメチル基を導入しなくてもCO2還元混合触媒として動作することがわかった。これは、これまでLとして用いられてきたphen (1,10-フェナントロリン)系配位子とは異なり、bpy系配位子では、２つのピリジン環間の結合軸回転により金属イオンへのキレート配位がphen系に比べ弱いためと推測された。2)混合触媒の反応性に対する保護剤(P)の効果を調べるため、反応系中に共存させるトリエタノールアミン(TEOA)濃度を変化させ光触媒反応を評価した。この結果、TEOA濃度の減少に伴いCO2還元効率と選択性が向上した。一方、Feイオンは等量程度のTEOAにより錯体形成を進行した。TEOAは有機溶媒中CO2雰囲気下においてプロトン供与体となることから、Feイオンの保護のみならず混合触媒へのプロトン供給源として働いていることが強く示唆された。Feイオンとの配位能を弱めたN-メチルジエタノールアミン(DEOA)をPとした場合も同様であったが、CO2還元の効率は低下した。3)Feイオン以外の第一遷移金属イオン(Cr, Mn, Co, Ni, Cu)との混合触媒構築を検討した。このうち、Coイオンとの混合触媒においてFeイオンと同様の原理によるCO2還元反応の進行が確認できた。

In this study, the weak coordination energy of the first migration metal complex and the ligand dissociation were actively utilized to construct a novel photocatalyst system for CO2 reduction with high efficiency. This year, the main and secondary three items are discussed. 1)Last year, it was found that there are some electron-seeking substitution groups in the bpy (2,2'-pyridine) system, and the ligand (L) and the mixed catalyst of Fe and N are necessary elements. The proper inhibition effect of ligand and metal ligand on CO2 reduction is discussed in detail below. The ligand of phen (1,10-bis (N-bis) system is different from that of bpy system. 2)The effect of the reaction of the mixed catalyst on the protection agent (P) is adjusted, and the reaction system is adjusted by changing the concentration of the photocatalyst. As a result, TEOA concentration decreases with CO2 reduction efficiency and selectivity increases. The formation of a complex is carried out to an equal extent in the presence of iron and copper. TEOA is an organic solvent with CO2 in the atmosphere. It can be used to protect the environment. It can be used as a catalyst source. The coordination energy of Fe is weak, and the CO2 reduction rate is low. 3) Mixed catalyst construction of the first migrating metal (Cr, Mn, Co, Ni, Cu) other than Fe is discussed. The progress of CO2 reduction reaction based on the same principle as the mixed catalyst of Coinon and Feinon has been confirmed.

项目成果

期刊论文数量（25）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Photocatalytic CO2 Reduction Using Cu(I) Complexes as a Redox Photosensitizer

使用 Cu(I) 配合物作为氧化还原光敏剂光催化 CO2 还原

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yibing Cai;Takeshi Matsumoto;Shuhei Yasuda;Shunsuke Yamada;Junko N. Kondo;Toshiyuki Yokoi;Hiroyuki Takeda
通讯作者：
Hiroyuki Takeda

Efficient Photocatalytic CO2 Reduction Using Abundant Metal Complexes

利用丰富的金属配合物高效光催化二氧化碳还原