Fuel Regeneration from CO2 by Grid-Aligned Biomimetic Catalysts on Functionalized Silica

通过功能化二氧化硅上的网格对齐仿生催化剂从二氧化碳中再生燃料

• 批准号: 22KF0217
• 负责人: 大木 靖弘
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0217/
• 关键词: 鉄; 硫黄; クラスター; 錯体; 一酸化炭素

研究代表者らが近年見出した、CO2から炭化水素への触媒的な直接変換を可能にする酵素模倣型の金属硫黄クラスター錯体と、JSPS特別研究員が持つシリカ系材料のノウハウを組み合わせることで、シリカ担持ー金属硫黄クラスター触媒を開発し、CO2から炭化水素への多電子反応を促進することを、本研究の目的に設定した。初年度の本研究では、ビピリジン（bpy）基を空孔表面に規則配列させたメソポーラス有機シリカ（以下PMO）を富士フィルム和光純薬より購入し、これを配位子として用いて鉄硫黄クラスター錯体、特に立方体型のFe4S4錯体を固定化（担持）した。固定化後の錯体密度は、bpy配位子に対して15%前後であった。この結果と、用いたクラスター錯体の大きさ、およびbpy基がPMO内で約4.5A x 13A程度の間隔で配列していることを考慮すると、PMOの内部空孔を構成する6角形の６辺全てに錯体が固定化されるのではなく３辺程度に１つずつの錯体が固定化されていると分かる。またクラスター錯体間に生じる立体反発の問題から、これ以上の錯体を担持することは困難であることも解釈できた。調製した鉄硫黄クラスター錯体担持PMOを触媒としてCO2やCOの還元反応を検討した。その結果、CO2の還元は進行しなかったものの、COから炭化水素への還元反応は比較的効率よく進行することが判明した。炭化水素生成物は主にメタン出会ったが、C2やC3炭化水素も少量ながら生成することが判明した。また触媒活性は、鉄硫黄クラスター錯体のみを用いる場合と同程度かやや高いことが分かった。PMOの細孔奥深くで触媒反応が起こる可能性は低く、固定化した鉄硫黄クラスター錯体の全てが触媒反応サイトとして働かないと考えられる。従ってシリカ系材料へ鉄硫黄クラスター錯体を固定化することには、触媒寿命（あるいは触媒反応速度）を高める一定の効果があると評価できる。

Research representatives ら が in recent years show the し た, CO2 か ら coking water element へ の catalyst な variations in を may directly に す る enzyme mimicry の metal sulfur ク ラ ス タ ー misprinted と, JSPS special researcher が つ シ リ カ materials の ノ ウ ハ ウ を group み close わ せ る こ と で, シ リ カ bear hold ー metal sulfur ク ラ ス タ ー catalyst を open 発 し, CO2 か ら charcoal Hydrochloric acid へ <s:1> multi-electron reverse 応を promotes する する とを, and the <s:1> objective に of this study is set to た た. Early annual の this study で は, ビ ピ リ ジ ン に rules (bpy) を empty hole surface with column さ せ た メ ソ ポ ー ラ ス organic シ リ カ (PMO) を Fuji フ ィ ル ム and optical pure 薬 よ り buy し, こ れ を ligand と し て in い て iron objects sulfur ク ラ ス タ ー misprinted, に cubic shape の Fe4S4 misprinted を immobilized (bear) し た. After immobilization, the <s:1> misbody density に and the bpy coordination position に versus the て15% before and after であった. The <s:1> result と, using the と た ラスタ ラスタ ラスタ と misspelling <s:1> large さ さ, およびbpy basis がPMO で approximately 4.5A x 13 a degree の で match between column し て い る こ と を consider す る と, PMO の internal empty hole を す る six Angle の 辺 all six て に misprinted が immobilized さ れ る の で は な く 3 degree 辺 に 1 つ ず つ の misprinted が immobilized さ れ て い る と points か る. ま た ク ラ ス タ ー に between misprinted じ る three-dimensional inverse 発 の problem か ら, こ れ above の misprinted を bear hold す る こ と は difficult で あ る こ と も solution 釈 で き た. Modulation of た iron sulfur, ラスタ ラスタ, ラスタ, wrongly carried PMO, を catalyst, と て, てCO2, や, CO, <s:1> reduction, 応を検 attack, た. そ の results, CO2 の also yuan は し な か っ た も の の, CO か ら coking water element へ の is yuan against 応 は comparison services rate よ く for す る こ と が.at し た. The main products of carbonized water are にメタ <e:1>, which will be ったが, C2や, C3 carbonized water <s:1>, and a small amount of ながら will be generated, which will also be する and とが. The catalytic activity of また, iron sulfur ラスタ ラスタ, ラスタ is mismatched, <s:1> is used in る る situations と to the same degree, やや is やや high, <s:1> is とが とが and った is った. PMO の pores the deep く で catalyst against 応 が up こ る は unlikely く, immobilized し た iron objects sulfur ク ラ ス タ ー misprinted の full て が catalyst against 応 サ イ ト と し て 働 か な い と exam え ら れ る. Objects 従 っ て シ リ カ materials へ iron sulfur ク ラ ス タ ー misprinted を immobilized す る こ と に は, catalyst life (あ る い は catalyst against 応 speed) high を め る certain の unseen fruit が あ る と review 価 で き る.