多孔性分子触媒中でのトンネル効果発現による水素同位体の精密分離

研究代表者はこれまでに金属錯体触媒を活用した小分子変換触媒の開発に従事してきた（Nature, 2016, 530, 465; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16899; Chem. Sci., 2019, 10, 462等）。特に最近は、触媒活性中心近傍の場（反応場）の戦略的制御による革新的触媒系の創出を精力的に行っている。（Chem. Commun., 2018, 54, 1174; Inorg. Chem., 2021, 60, 12634; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 5965; Small, 2021, 2006150; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 5965等）。その中で、分子性金属錯体触媒の自己集積によって構築される多孔性分子触媒材料、「フレームワーク触媒」を独自に開拓した。本材料は、原子レベルで構造・電子状態が規定された細孔中に触媒活性点を自在に導入可能である点で既存の多孔性結晶材料とは一線を画す。この研究成果を礎に、疎水性分子認識場と水素イオン変換触媒サイトとを併せ持つ新規フレームワーク触媒を開発することを目標とした。より具体的には、触媒活性サイトとしてロジウムの二核錯体構造を、分子コネクター部位としてカルボン酸骨格を有する錯体を合成し、得られた錯体の自己集積化を試みた。その結果、このロジウム二核錯体は、水素結合により安定化されたフレームワーク構造へと集積化することが判明した。そこで次に、得られたフレームワーク構造の触媒能を調査したところ、犠牲還元剤ならびに光増感剤の存在下で光水素発生能が進行した。以上より、本年度の成果として、水素結合型フレームワーク触媒の開発を行うことで、光水素発生能を有する触媒材料の開発に成功した。

研究代表者はこれまでに金属錯体触媒を活用した小分子変換触媒の開発に従事してきた（Nature, 2016, 530, 465; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16899; Chem. Sci., 2019, 10, 462等）。特に最近は、触媒活性中心近傍の場（反応場）の戦略的制御による革新的触媒系の創出を精力的に行っている。（Chem. Commun., 2018, 54, 1174; Inorg. Chem., 2021, 60, 12634; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 5965; Small, 2021, 2006150; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 5965等）。その中で、分子性金属錯体触媒の自己集積によって構築される多孔性分子触媒材料、「フレームワーク触媒」を独自に開拓した。本材料は、原子レベルで構造・電子状態が規定された細孔中に触媒活性点を自在に導入可能である点で既存の多孔性結晶材料とは一線を画す。この研究成果を礎に、疎水性分子認識場と水素イオン変換触媒サイトとを併せ持つ新規フレームワーク触媒を開発することを目標とした。より具体的には、触媒活性サイトとしてロジウムの二核錯体構造を、分子コネクター部位としてカルボン酸骨格を有する錯体を合成し、得られた錯体の自己集積化を試みた。その結果、このロジウム二核錯体は、水素結合により安定化されたフレームワーク構造へと集積化することが判明した。そこで次に、得られたフレームワーク構造の触媒能を調査したところ、犠牲還元剤ならびに光増感剤の存在下で光水素発生能が進行した。以上より、本年度の成果として、水素結合型フレームワーク触媒の開発を行うことで、光水素発生能を有する触媒材料の開発に成功した。