Artificial Photosynthesis 2.0 - Construction of energy-storing high-value-added molecules from carbon dioxide and water

近年、エネルギー問題の解決を志向した「人工光合成」と呼ばれる取り組みが盛んにおこなわれている。この人工光合成反応では、二酸化炭素と水を利用し、太陽光のエネルギーを化学エネルギーへと変換・貯蔵できる。一方で、得られる生成物は水素・ギ酸・一酸化炭素等の小分子にとどまっており、天然の光合成が行っているような高付加価値分子の合成は未達成である。そこで本研究では、二酸化炭素と水を原料とするエネルギー貯蔵型の高付加価値分子合成を志向した触媒開発基礎研究を展開することとした。特に、太陽光エネルギーまたは太陽光エネルギーから作られる電気化学エネルギーを駆動力とし、小分子を基質として用いたエネルギー貯蔵型の物質変換反応の開発を試みた。そのための第一段階として、2022年度は、光もしくは電気化学エネルギーを駆動力とし、金属錯体をメディエーターとして用いた小分子基質の自在活性化手法の開拓に取り組んだ。具体的には、柔軟な多電子酸化還元能と配位不飽和サイトを有する金属五核錯体に電位を印加することよって電子状態を網羅的に変化させ、そこに水や二酸化炭素などの小分子を反応させることで、どのような条件下で活性種が発生するかを調査した。その結果、この金属五核錯体群においては、構成要素である金属イオンの種類ならびに配位子の構造に応じて小分子を活性化可能な酸化状態が変化し、この活性化状態の変化が触媒反応に大きな影響を及ぼすことが見出された。これらの事実より、（i）金属錯体をメディエーターとして電気化学刺激を与えることで小分子を活性化できること、ならびに、（ii）その活性化状態が金属錯体の電子状態ならびに電気化学刺激の状態に応じて様々に変化することが見出された。

近年、エネルギー問題の解決を志向した「人工光合成」と呼ばれる取り組みが盛んにおこなわれている。この人工光合成反応では、二酸化炭素と水を利用し、太陽光のエネルギーを化学エネルギーへと変換・貯蔵できる。一方で、得られる生成物は水素・ギ酸・一酸化炭素等の小分子にとどまっており、天然の光合成が行っているような高付加価値分子の合成は未達成である。そこで本研究では、二酸化炭素と水を原料とするエネルギー貯蔵型の高付加価値分子合成を志向した触媒開発基礎研究を展開することとした。特に、太陽光エネルギーまたは太陽光エネルギーから作られる電気化学エネルギーを駆動力とし、小分子を基質として用いたエネルギー貯蔵型の物質変換反応の開発を試みた。そのための第一段階として、2022年度は、光もしくは電気化学エネルギーを駆動力とし、金属錯体をメディエーターとして用いた小分子基質の自在活性化手法の開拓に取り組んだ。具体的には、柔軟な多電子酸化還元能と配位不飽和サイトを有する金属五核錯体に電位を印加することよって電子状態を網羅的に変化させ、そこに水や二酸化炭素などの小分子を反応させることで、どのような条件下で活性種が発生するかを調査した。その結果、この金属五核錯体群においては、構成要素である金属イオンの種類ならびに配位子の構造に応じて小分子を活性化可能な酸化状態が変化し、この活性化状態の変化が触媒反応に大きな影響を及ぼすことが見出された。これらの事実より、（i）金属錯体をメディエーターとして電気化学刺激を与えることで小分子を活性化できること、ならびに、（ii）その活性化状態が金属錯体の電子状態ならびに電気化学刺激の状態に応じて様々に変化することが見出された。