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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05082/
• 关键词: CO2還元; 光触媒; Fe錯体; 第一遷移金属元素; ビピリジン配位子; トリエタノールアミン; 第一遷移金属錯体; 配位平衡

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。

This study で は, "the first migration metal misprinted の weak い configurational energy に よ る ligand の to take off the" を positive に using し た new た な 戦 slightly に base づ き, acidification condition の first migration in metal misprinted に よ る specific な high working rate of CO2 also yuan department of photocatalytic を build す る こ と を purpose と し て い る. Our は, master に の 3 items に つ い て 検 line for を い important な know see を る こ と が で き た. 1) last year saw a し た electronic o lead sex replacement base を has す る bpy (2, 2 '- ビ ピ リ ジ ン) is の ligand (L) と, Fe イ オ ン と の mixed catalyst に お い て, L と し て な necessary elements の さ ら な る knowledge を た. す な わ ち, bpy ligand に, metal coordination に す seaborne る moderate な unseen fruit を and ぼ す 6, 6 '- ジ メ チ ル base を import し な く て も CO2 yuan also mixed catalyst と し て action す る こ と が わ か っ た. こ れ は, こ れ ま で L と し て in い ら れ て き た phen (1, 10 - フ ェ ナ ン ト ロ リ ン) is the ligand と は different な り, bpy ligand で は, 2 つ の ピ リ ジ ン の combined shaft between ring back planning に よ り metal イ オ ン へ の キ レ ー ト ligand が phen department に weaker than べ い た め と speculation さ れ た. 2) mixed catalyst の anti 応 に す seaborne る protection tonic (P) の unseen fruit を adjustable べ る た め, anti 応 に coexist in さ せ る ト リ エ タ ノ ー ル ア ミ ン を (TEOA) concentration variations change さ せ photocatalytic anti 応 を review 価 し た. The <s:1> results showed that the TEOA concentration <e:1> decreased by に, accompanied by the <s:1> CO2 reduction efficiency と selected by 択 and が increased by <s:1> た. One party, Fe, <s:1>, <s:1>,, and to an equal extent, <s:1>, TEOA, によ, <s:1>, and た. Under the TEOA は organic solvent in the CO2 雰 囲 気 に お い て プ ロ ト ン body and supply と な る こ と か ら, Fe イ オ ン の protection の み な ら ず mixed catalyst へ の プ ロ ト ン supply source と し て 働 い て い る こ と が strong く in stopping さ れ た. Fe イ オ ン と の configurational energy を weak め た N - メ チ ル ジ エ タ ノ ー ル ア ミ ン (DEOA) を P と し も た occasions with others で あ っ た が, CO2 is の sharper rate low は し た. 3) Fe イ オ ン の beyond the first migration metal イ オ ン (Cr, Mn, Co, Ni, Cu) と の mixed catalyst build を beg し 検 た. こ の う ち, Co イ オ ン と の mixed catalyst に お い て Fe イ オ ン と with others の principle に よ る CO2 also yuan against 応 が の confirmed で き た.

项目成果

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

• 发表时间: 2022
• 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

• 发表时间: 2021
• 作者: Hiroyuki Takeda;Kazuhide Koike;Osamu Ishitani
• 通讯作者: Osamu Ishitani

ビピリジン誘導体とFeイオンとの混合触媒を用いたCO2還元光触媒反応 ―配位立体障害としてのメチル基の影響―

使用联吡啶衍生物和Fe离子混合催化剂的CO2还原光催化反应 - 甲基作为配位位阻的影响 -

• 发表时间: 2023
• 作者: 黒須雅雄;門司泰征;竹田浩之;浅野素子
• 通讯作者: 浅野素子

Cu錯体光増感剤とFeイオン混合触媒を用いたCO2還元光触媒反応におけるトリエタノールアミン濃度の依存性

Cu络合物光敏剂和Fe离子混合催化剂CO2还原光催化反应中三乙醇胺浓度的依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: 松浦祐奈;黒須雅雄;竹田浩之;浅野素子
• 通讯作者: 浅野素子

時間分解赤外分光を用いたホモレプティック銅(I)錯体の構造ダイナミクスの観測

使用时间分辨红外光谱观察均配铜（I）配合物的结构动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 江原巧;岡林隆太;宮田潔志;竹田浩之;石谷治;恩田健
• 通讯作者: 恩田健