Tuning electrochemical reactions via reaction field design

層状酸化物の層間に金属錯体からなる触媒活性サイトを導入し、層間を反応の舞台（＝ナノ反応場）に見立てた電極触媒の合成に成功した。具体的には、活性サイトとして単一の金属錯体を用いるものに加えて、複数種の金属錯体が共存状態で存在するものの合成に成功している。オペランド分光法を用いて各種電気化学反応中の層間環境の観察にも成功した。顕著な知見を以下に示す。（１）合成したナノ反応場においては、従来の活性金属の電子状態に加え、層間に共収容された溶媒分子の水素結合ネットワークが、触媒の活性に大きく寄与することが明らかになった。特に、第三体イオンと呼ばれる反応に直接関与しないイオン種の影響が、バルクでの電気化学反応と比較して顕著に現れることが分かった。（２）合成したナノ反応場において、エネルギー変換反応（酸素還元反応）、物質変換反応（酸素発生、水素発生反応）に成功した。酸素還元反応については2電子経路が選択的に進行するなど、バルクとは異なる反応選択性を確認した。また、物質変換反応については、触媒活性サイト比率を制御することで、反応過電圧を低減できることが明らかになった。（３）合成したナノ反応場において、収容された金属錯体そのものの酸化・還元反応を確認した。特に、還元反応によって、層間に金属ナノ粒子を析出できることを明らかにした。この層間に収容された金属ナノ粒子は、そのまま電気化学触媒もしくは触媒活性サイトとして利用できることも示唆された。

層状酸化物の層間に金属錯体からなる触媒活性サイトを導入し、層間を反応の舞台（＝ナノ反応場）に見立てた電極触媒の合成に成功した。具体的には、活性サイトとして単一の金属錯体を用いるものに加えて、複数種の金属錯体が共存状態で存在するものの合成に成功している。オペランド分光法を用いて各種電気化学反応中の層間環境の観察にも成功した。顕著な知見を以下に示す。（１）合成したナノ反応場においては、従来の活性金属の電子状態に加え、層間に共収容された溶媒分子の水素結合ネットワークが、触媒の活性に大きく寄与することが明らかになった。特に、第三体イオンと呼ばれる反応に直接関与しないイオン種の影響が、バルクでの電気化学反応と比較して顕著に現れることが分かった。（２）合成したナノ反応場において、エネルギー変換反応（酸素還元反応）、物質変換反応（酸素発生、水素発生反応）に成功した。酸素還元反応については2電子経路が選択的に進行するなど、バルクとは異なる反応選択性を確認した。また、物質変換反応については、触媒活性サイト比率を制御することで、反応過電圧を低減できることが明らかになった。（３）合成したナノ反応場において、収容された金属錯体そのものの酸化・還元反応を確認した。特に、還元反応によって、層間に金属ナノ粒子を析出できることを明らかにした。この層間に収容された金属ナノ粒子は、そのまま電気化学触媒もしくは触媒活性サイトとして利用できることも示唆された。