Development of innovative photocatalytic systems for utilizing CO2

开发利用二氧化碳的创新光催化系统

• 批准号: 20H00396
• 负责人: 石谷 治
• 金额: $ 28.7万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00396/
• 关键词: 光反応化学; 錯体光触媒; 半導体光触媒; 二酸化炭素還元

我々が開発したRu(II)錯体光増感剤とRu(II)触媒を組織的にNiO電極上に固定化した色素増感分子光カソードを 、Snポルフィリンを光触媒として用いた分子光アノードを組み合わせることで、分子光触媒の組み合わせで水によるCO2還元を駆動する光触媒システムを世界に先駆けて開発した。この光電気化セルの両極に可視光を照射するとZ-スキーム型の電子移動が進行し、光カソード上でCO2からギ酸及びCOが、一方光アノード上では、水が酸化され過酸化水素が高選択的に生成した。このように、CO2と水から、可視光をエネルギーとしてCO、ギ酸と過酸化水素を光触媒的に生成させることに成功した。これも世界で初めて達成された光触媒反応である。色素増感分子光カソードに、より長波長部に吸収を有するOs(II)錯体を付加的に導入することで可視光領域を満遍なく使用可能にするために、三種の異なるジイミン配位子を有するOs(II)錯体の合成に成功した。しかし、まだ収率が低いので合成法を改善することが必要である。Re錯体触媒上でのCO2還元機構の解明を更に進めた。2020年度までの研究で、Ru(II)錯体部を光増感部、Re(I)錯体を触媒部に持つ超分子光触媒において、光増感部の光還元と、それに伴って進行する分子内電子移動反応の速度論について明らかにした。本年度は、上記光化学的還元によって生成したRe錯体触媒の1電子還元種の挙動を、時間分解分光法及び定常光を照射しながら各種スペクトルを測定することにより追跡することで、元のRe(I)錯体が2電子還元された二種の中間体を特定することに成功した。一つ目はカルボキシレート錯体であり、もう一つはテトラカルボニル錯体である。このようにRe錯体を触媒として用いた光触媒系において、これらの中間体を直接観測できたのは世界に先駆けた成果である。

I 々 が open 発 し た Ru (II) misprinted light sense of rights tonic と Ru (II) catalyst を organization に NiO electrode に immobilized し た pigment rights are molecular light カ ソ ー ド を , Sn ポ ル フ ィ リ ン を photocatalytic と し て in い た molecular light ア ノ ー ド を group み close わ せ る こ と で, molecular light-accelerant の group み わ せ で water に よ る CO2 also yuan を 駆 dynamic す る photocatalytic シ ス テ ム を world に 駆 first け て open 発 し た. こ の photoelectric 気 change セ ル の struck a を に visible light irradiation す る と Z - ス キ ー ム type の electronic mobile が し, light カ ソ ー ド で on CO2 か ら ギ acid and び CO が, side light ア ノ ー ド on で は, water が acidification さ れ too high acidic water element が sentaku に generated し た. こ の よ う に water, CO2 と か ら, visible light を エ ネ ル ギ ー と し て CO, と ギ acid acidification of water element を light-accelerant に generated さ せ る こ と に successful し た. The world で initially めて reached the された photocatalyst anti-応 である. Pigment rights are molecular light カ ソ ー ド に, よ り long wavelength division に suction 収 を have す る Os (II) misprinted を pay plus に import す る こ と で を visible light field against times な く use may に す る た め に, three の different な る ジ イ ミ ン ligand を have す る Os (II) misprinted の synthetic に successful し た. The <s:1> を, まだ yield が is low. The <s:1> で で synthesis method を improves する とが とが とが とが is necessary である. The で <s:1> CO2 reduction mechanism <s:1> on the Re off-body catalyst explains that を is further に to めた. 2020 annual ま で の research で, Ru (II) misprinted department を light sense of rights department, Re (I) misprinted を catalyst department に hold つ supramolecular photocatalytic に お い て, good sense of の light also yuan と, そ れ に with っ て in す る intramolecular electron moving against 応 の speed theory に つ い て Ming ら か に し た. は this year, down on photochemical also yuan に よ っ て generated し た Re misprinted catalyst の 1 electron yuan also kind of の 挙 を, time breakdown spectrometry and び run を irradiation し な が ら various ス ペ ク ト ル を determination す る こ と に よ り tracing す る こ と で, yuan の Re (I) misprinted が 2 electronic yuan also さ れ た two の intermediates を specific す る こ と に successful し た. 1. Youdaoplaceholder0 カ ボキシレ ボキシレ ト ト ト ト ト ト である カ, カ う ボニ ボニ ボニ である である である である である である である である である である ボニ ボニ である である である である である である ボニ である である である である である である である である である である である である である である である である である である である である である である である である である. こ の よ う に Re misprinted を catalyst と し て in い た photocatalytic system に お い て, こ れ ら の intermediates を 観 directly measuring で き た の world は に 駆 first け た results で あ る.

项目成果

Research on Photofunctional and Photocatalytic Chemistry Using Metal Complexes as Core Materials

以金属配合物为核心材料的光功能与光催化化学研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Okada Kenji;Nakanishi Miharu;Ikigaki Ken;Tokudome Yasuaki;Falcaro Paolo;Doonan Christian J.;Takahashi Masahide;Osamu Ishitani
• 通讯作者: Osamu Ishitani

Time-resolved spectroscopic investigation on photochemical CO2 using a RuRe supramolecular photocatalyst

使用 RuRe 超分子光催化剂对光化学 CO2 进行时间分辨光谱研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 菅野武文;小峯誠也;川畑慎太郎;田畑智弘;井元健太;中林耕二;大越慎一;Kei Kamogawa; Kazuki Ueno; Dr. Yasuomi Yamazaki; Yuushi Shimoda; Kiyoshi Miyata; Ken Onda; Dr. Yusuke Tamaki; Osamu Ishitani
• 通讯作者: Kei Kamogawa; Kazuki Ueno; Dr. Yasuomi Yamazaki; Yuushi Shimoda; Kiyoshi Miyata; Ken Onda; Dr. Yusuke Tamaki; Osamu Ishitani

金属錯体ポリマー光触媒を CuGaO2半導体電極上に固定化した色素増感分子光カソードを用いた水による CO2還元

使用固定在 CuGaO2 半导体电极上的金属络合物聚合物光催化剂的染料敏化分子光电阴极通过水还原 CO2

• 发表时间: 2021
• 作者: 江波戸 陽介;熊谷 啓;石谷 治
• 通讯作者: 石谷 治

Factors determining formation efficiencies of one-electron-reduced species of redox photosensitizers

决定单电子还原氧化还原光敏剂形成效率的因素

• DOI: 10.1063/5.0023593
• 发表时间: 2020
• 期刊: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Ozawa Kyohei;Tamaki Yusuke;Kamogawa Kei;Koike Kazuhide;Ishitani Osamu
• 通讯作者: Ishitani Osamu

固体表面上に固定したRuRu超分子光触媒によるCO2還元反応

使用固定在固体表面的 RuRu 超分子光催化剂进行 CO2 还原反应

• 发表时间: 2021
• 作者: 斎藤 大暉;石谷 治
• 通讯作者: 石谷 治