植物に学ぶ触媒デザインで酸素発生触媒の高性能化に成功~人工光合成の実現に向けた金属錯体ポリマー材料の開発~

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2025-03-05 東京科学大学

東京科学大学、大阪大学、東京大学、産業技術総合研究所の共同研究チームは、植物の光合成をヒントにしたポリマー型酸素発生触媒を開発した。この触媒は鉄錯体を活用し、水溶液中で高い耐久性と反応速度を示す。従来の触媒と比較して触媒回転数が約10倍向上し、人工光合成における酸素発生反応の効率化に貢献する。本研究成果は、人工光合成の実現に向けた重要な前進であり、関連する他の触媒開発にも応用が期待される。

<関連情報>

水性媒体中での高性能水酸化のための鉄錯体ベースの触媒システム Iron-complex-based catalytic system for high-performance water oxidation in aqueous media

Takumi Matsuzaki,Kento Kosugi,Hikaru Iwami,Tetsuya Kambe,Hisao Kiuchi,Yoshihisa Harada,Daisuke Asakura,Taro Uematsu,Susumu Kuwabata,Yutaka Saga,Mio Kondo & Shigeyuki Masaoka
Nature Communications  Published:05 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57169-y

植物に学ぶ触媒デザインで酸素発生触媒の高性能化に成功~人工光合成の実現に向けた金属錯体ポリマー材料の開発~

Abstract

Water oxidation is the key reaction in natural and artificial photosyntheses but is kinetically and thermodynamically sluggish. Extensive efforts have been made to develop artificial systems comparable to the natural system. However, constructing a molecular system based on ubiquitous metal ions with high performance in aqueous media similar to a natural system, remains challenging. In this study, inspired by nature, we successfully achieve highly efficient water oxidation in aqueous media. By electrochemical polymerisation of a pentanuclear iron complex bearing carbazole moieties, we successfully integrate two essential features of the natural system: catalytic centre composed of ubiquitous metal ions and charge transporting site. The resulting material catalyses water oxidation with a Faradaic efficiency of up to 99% in aqueous media. Our results provide a strategy to develop catalytic systems for water oxidation.

0502有機化学製品
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