多核クラスター錯体を用いた小分子変換のための学理創出

本研究では、生体酵素の活性中心の構造ならびに申請者のこれまでの研究から得た着想に従い、小分子の多電子酸化還元を促す革新的な触媒の創出を目指した触媒開発基礎研究を推進している。具体的には、「多電子移動能」と「結合組み換え能」を有する新規多核クラスター錯体を複数種合成し、その構造、電子状態ならびに酸化還元能の解析を行うとともに、合成した多核クラスター錯体の小分子変換反応に対する触媒能の評価を行っている。2021年度は特に「多核クラスター錯体の小分子変換反応に対する触媒能の評価」の遂行に注力した。具体的な研究成果の1つとして、コバルト五核クラスター錯体と光増感剤であるイリジウム錯体から構成される触媒系の構築が挙げられる。本反応系では、ギ酸の存在下、常温・常圧条件で可視光を照射し、反応終了後の気相をガスクロマトグラフィーにより解析したところ、水素ガスの生成が確認された。多数の対照実験ならびに分光学測定・電気化学測定に基づき、触媒反応の機構解析を行ったところ、コバルト五核クラスター錯体が光化学的にギ酸を脱水素化し、水素ガスを生成していることが明らかとなった。また、この反応系の触媒回転頻度は既存の関連する触媒系と比較して世界最高値であることも判明した。申請者の以前の研究により、コバルト五核クラスター錯体は二酸化炭素を還元してギ酸を製造する反応の触媒として機能することが見出されているため、本触媒系は、二酸化炭素還元反応とギ酸脱水素化反応による持続可能な水素生成サイクルを達成した世界で初めての例とみなすことができる。

本研究では、生体酵素の活性中心の構造ならびに申請者のこれまでの研究から得た着想に従い、小分子の多電子酸化還元を促す革新的な触媒の創出を目指した触媒開発基礎研究を推進している。具体的には、「多電子移動能」と「結合組み換え能」を有する新規多核クラスター錯体を複数種合成し、その構造、電子状態ならびに酸化還元能の解析を行うとともに、合成した多核クラスター錯体の小分子変換反応に対する触媒能の評価を行っている。2021年度は特に「多核クラスター錯体の小分子変換反応に対する触媒能の評価」の遂行に注力した。具体的な研究成果の1つとして、コバルト五核クラスター錯体と光増感剤であるイリジウム錯体から構成される触媒系の構築が挙げられる。本反応系では、ギ酸の存在下、常温・常圧条件で可視光を照射し、反応終了後の気相をガスクロマトグラフィーにより解析したところ、水素ガスの生成が確認された。多数の対照実験ならびに分光学測定・電気化学測定に基づき、触媒反応の機構解析を行ったところ、コバルト五核クラスター錯体が光化学的にギ酸を脱水素化し、水素ガスを生成していることが明らかとなった。また、この反応系の触媒回転頻度は既存の関連する触媒系と比較して世界最高値であることも判明した。申請者の以前の研究により、コバルト五核クラスター錯体は二酸化炭素を還元してギ酸を製造する反応の触媒として機能することが見出されているため、本触媒系は、二酸化炭素還元反応とギ酸脱水素化反応による持続可能な水素生成サイクルを達成した世界で初めての例とみなすことができる。