立方晶系超分子ケージを用いた2つの新しいCu系ホウ酸塩触媒を開発し、効率的な水素発生触媒の実現を目指します

Two new Cu-based borate catalysts with cubic supramolecular cages for efficient catalytic hydrogen evolution.

• Wen-Fang Liu
• Qi-Ming Qiu
• Mo Zhang
• Zhao-Min Su
• Qingqing An
• Hongjin Lv
• Zhiyu Jia
• Guo-Yu Yang

抄録

再生可能エネルギーに焦点を当て、効率的で堅牢かつ低コストの水還元触媒(WRC)の開発に取り組んでいます。その結果、H2Na2K2[(μ4-O)Cu4@B20O32(OH)8]-21H2O(1)とH2Rb1.6K2.4[(μ4-O)Cu4@B20O32(OH)8]-15H2O(2)の2つの新しいCu系ホウ酸塩触媒を水熱条件下で合成しました。さらに、光増感剤として[Ir(ppy)2(dtbbpy)][PF6]、犠牲電子供与体としてトリエタノールアミン(TEOA)の存在下で、新規銅錯体を水還元触媒(WRC)として応用した。しかし、主な活性場所はホウ酸塩[(μ4-O)Cu4@B20O32(OH)8]の中心にあり、対カチオンの原子半径が光触媒活性の重要な因子となる。Na原子からRb原子に向かって原子半径を大きくすると、光触媒活性が効率的に低下する。実験結果は密度汎関数理論(DFT)の結論とよく一致しています。本研究は、銅系ホウ酸塩の化学をより豊かにするだけでなく、銅系ホウ酸塩の光触媒活性を調べるものであることは特筆すべきことです。これは、ホウ酸塩の合成やエネルギー・環境分野への応用につながるものと考えています。

Focusing on renewable energy, we are devoted to developping efficient, robust and low cost water reduction catalysts (WRCs). Two new Cu-based borate catalysts, namely H2Na2K2[(μ4-O)Cu4@B20O32(OH)8]·21H2O (1) and H2Rb1.6K2.4[(μ4-O)Cu4@B20O32 (OH)8]·15H2O (2), with cubic supramolecular cages were synthesized under a hydrothermal condition. Moreover, new copper complexes were applied as water reduction catalysts (WRCs) in the presence of [Ir(ppy)2(dtbbpy)][PF6] as photosensitizer and triethanolamine (TEOA) as the sacrificial electron donor. Nevertheless, the main active place is attributed to the centre of Borates [(μ4-O)Cu4@B20O32(OH)8], and the atomic radius of the counter cation would be the critical factor of the photocatalytic activity. Increasing the atomic radius from the Na atom to the Rb atom, causes the photocatalytic activity to decrease efficiently. The experimental results match well with the density functional theory (DFT) conclusion. It is noteworthy to mention that our research not only enriches the Cu-based borate chemistry, but also investigates the photocatalytic activity of Cu-based borates. This would guide us through the borate synthesis and to develop their applications toward energy and the environment.