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

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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。