コバルト錯体を基盤とした高効率光酸素発生触媒系の構築

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非水溶性コバルトポルフィリン錯体の電気化学的酸素発生触媒能を評価するために、修飾電極を作成した。作成した電極の電気化学的触媒反応挙動及びその反応機構について詳細に研究を行った。コバルトポルフィリン修飾電極はグラッシーカーボンあるいは金電極上にコバルトポルフィリンを物理吸着させることによって作成した。これらの修飾電極はpH 9.0ホウ酸バッファー中で高い酸素発生触媒活性を示した。加えてバルク電解後の電極表面のXPS測定の結果、酸化コバルトを生成しないことを明らかにした。酸素発生反応中の金電極表面の表面増強ラマン散乱法（SERS）により、触媒反応中間体であるCo(III)－OOH種の生成を示唆する新たな吸収帯を観測した。また、分光電化学測定によって、コバルトポルフィリン錯体は二段階のポルフィリン配位子の酸化を経た後に、酸素発生反応の鍵となる中間体である、コバルトオキソ種を生成することを明らかにした。それに加え、酸素発生のH2OまたはD2O中での速度論的同位体効果を評価することにより、反応の律速過程はCo(III)－OOH種からのプロトンの脱離を伴う酸化過程、いわゆるプロトン共役電子移動過程であることが明らかとなった。以上の結果より、酸素発生反応機構を明らかにした。本研究により、コバルトポルフィリン錯体は高い触媒活性と耐久性を併せ持つ優れた分子性触媒であることが示された。