将来のエネルギー供給システムとして期待されている人工光合成^注1）では、高活性な酸素発生触媒^注2）の開発が重要です。水から酸素を発生するためには、水分子から酸素－酸素（O-O）結合を形成する必要があります。しかし、金属錯体^注3）を触媒とした場合、O-O結合を形成するために、高エネルギーの高原子価錯体^注4）の生成が必須でした。このため、酸素発生では高エネルギーが必要とされ、高活性な酸素発生触媒の開発は困難でした。本学大学院自然科学研究科の棚橋祐樹・博士後期課程大学院生（研究当時）、本学自然科学系の坪ノ内優太特任助教、Zaki N. Zahran（ザキ ナビホアハメド ザハラン）特任准教授、八木政行教授らの研究グループは、低原子価ルテニウム（III）オキソ錯体が分子内でO-O結合を形成することを世界で初めて実証することに成功しました。本研究は、高活性な酸素発生触媒の設計指針を提供し、人工光合成研究の発展に多大に寄与すると期待されます。

本研究成果のポイント

• 分子内で酸素－酸素（O-O）結合形成を可能にする二核ルテニウム錯体の開発に成功しました。
• 低原子価ルテニウム（III）オキソ間で酸素－酸素結合を形成することを実証しました。
• 高活性な酸素発生触媒の設計指針を提供する画期的な研究成果です。

【用語解説】

注1）人工光合成：植物の光合成を模倣した、太陽光エネルギーを化学エネルギー（物質）に変換して貯蔵する技術。
注2）酸素発生触媒：水を酸化して酸素を発生する反応（2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^–）を促進する物質。
注3）金属錯体：金属イオンに配位子と呼ばれる分子やイオンが結合した物質。
注4）高原子価錯体：金属中心の酸化数が高い錯体。低原子価錯体とは、その逆である。

研究内容の詳細

世界で初めて、低原子価金属オキソによる酸素－酸素結合形成を実証～高活性酸素発生触媒の開発への期待～（PDF：407KB）

論文情報

【掲載誌】Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
【論文タイトル】Mechanism of H⁺ dissociation-induced O-O bond formation via intramolecular coupling of vicinal hydroxo ligands on low-valent Ru(III) centers
【著者】Yuki Tanahashi, Kosuke Takahashi, Yuta Tsubonouchi, Shunsuke Nozawa, Shin-ichi Adachi, Masanari Hirahara, Eman A. Mohamed, Zaki N. Zahran, Kenji Saito, Tatsuto Yui, Masayuki Yagi
【doi】10.1073/pnas.2113910118

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