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

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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。