メソ多孔性イオン結晶-金属クラスター触媒による協奏的なCO2光還元反応系の構築

介孔离子晶体-金属簇催化剂协同CO2光还原反应体系的构建

• 批准号: 20J14672
• 负责人: 下山 雄人
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14672/
• 关键词: 酸素生成反応; ポリ酸; イオン結晶; 電気化学; 光触媒; ポリオキソメタレート; 固体触媒; 酸触媒; 酸素生成; 電化学; 酸化還元触媒

昨年度末に、分子性カチオン[Cr3O(OOCCH2CN)6(H2O)3]+ (Cr-CN)とCoを中心に内包したポリ酸[α-CoW12O40]6-（CoW）からなる新規の多孔性イオン結晶　K2[Cr3O(OOCCH2CN)6(H2O)3]4[α-CoW12O40]・32H2O（I）を得た。また、この結晶Iが電気化学的な酸素生成反応（Oxygen Evolution Reaction, OER: 2H2O→O2 + 4H+ + 4e-)に対して触媒活性を示すことも昨年度末に確認した。本年度は、この結晶IのOER触媒特性の詳細を実験的に検討した。結晶Iと原料であるCr-CN、CoWのOER触媒活性をpH1およびpH5.6の電解液中で測定した結果、原料（Cr-CN、CoW）はOER触媒としてほとんど機能しない一方で、結晶Iは効率的なOER触媒として機能することが明らかとなった。更に、結晶IとCoW単体のCoW1分子に当たりの触媒活性を算出すると、結晶IはCoWの40倍程度の触媒活性を持つことが分かった。結晶Iの特異的なOER触媒活性の起源を明らかにするために電気化学的、分光学的な解析を実施した。その結果、分子性カチオンCr-CNから活性点となるポリ酸CoWに電子が供与されていることが特異的な活性発現の重要な要因であることが明らかになった。この成果はJournal of The American Chemical Societyに掲載した。この結晶Iの電気化学的な触媒活性について、更に検討を進めた結果、電気化学的な還元反応に対しても特異的な触媒特性を示すことを見出した。現在はこの詳細を解析している。また、ポリ酸の光触媒利用を共同研究で進め、層状複水酸化物とポリ酸を組み合わせることで光触媒的な酸素発生触媒能が向上することを見出し、共著論文として公表した。

At the end of last year, the molecular structure of [Cr3O (OOCCH2CN)6(H2O)3]+ (Cr-CN) and Co was found to be internally contained in [α-CoW12O40]6-(CoW). The activity of this catalyst was confirmed at the end of last year due to the electrochemical Oxygen Evolution Reaction (OER: 2H2O→O2 + 4H+ 4e-). This year, the OER catalyst properties of this crystal I were investigated in detail. The OER catalytic activity of Cr-CN and CoW in the raw materials was measured in the electrolyte at pH1 and pH 5.6. The OER catalytic activity of the raw materials (Cr-CN and CoW) was measured in the electrolyte at pH 5.6. In addition, the catalytic activity of CoW1 molecules in crystalline I and CoW units was calculated. The catalytic activity of crystalline I and CoW was 40 times higher than that of crystalline I. The origin of the specific OER catalytic activity of crystal I was investigated by electrochemical and spectroscopic analysis. As a result, the molecular structure of Cr-CN is important for the development of specific activity. This work was published in the Journal of The American Chemical Society. The catalytic activity of the crystal I was investigated and the catalytic properties of the electrochemical reaction were demonstrated. Now, we have a detailed analysis. A joint study on the use of photocatalysts for the production of photocatalysts for the synthesis of layered complex acids and photoacids has been carried out.

项目成果

Co含有ポリ酸を基盤とする多孔性イオン結晶の酸素生成触媒能：結晶内電荷移動を駆動力とする相乗的触媒活性

基于含Co多元酸的多孔离子晶体的产氧催化能力：晶内电荷转移驱动的协同催化活性

• 发表时间: 2022
• 作者: 下山 雄人;翁 哲偉;荻原 直希;内田 さやか
• 通讯作者: 内田 さやか

メソポーラスイオン結晶の構成ユニットの選択による酸触媒作用の制御(口頭)

通过选择介孔离子晶体的组成单元来控制酸催化（口服）

• 发表时间: 2020
• 作者: 下山雄人;内田さやか
• 通讯作者: 内田さやか

ResearchGate

• DOI: 10.5195/jmla.2019.643
• 发表时间: 2019-04-01
• 期刊: Journal of the Medical Library Association : JMLA
• 作者: O’Brien K

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コバルト含有ポリ酸を基盤とする多孔性イオン結晶の合成と相乗的な酸素生成触媒活性の解析

含钴多元酸多孔离子晶体的合成及协同产氧催化活性分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Taiki Ogihara;Takumi Ogawa (University of Tsukuba);Kenji Toma (Tohoku University);Yukie Sato;佐藤雪絵;下山 雄人・荻原 直希・内田 さやか
• 通讯作者: 下山 雄人・荻原 直希・内田 さやか