地球規模のエネルギー問題を解決し脱炭素社会を実現する上で、エネルギー変換の効率化は重要な課題です。

そのため、光触媒や太陽光発電、蓄電池だけでなく、化学エネルギー生産や環境浄化に至る広い分野において、効率的な電子移動、つまり電子移動触媒の開発が望まれています。

様々な触媒反応は、光合成の半反応をモデルとした水素発生、二酸化炭素還元等の第二周期元素で構成された有機分子の電子移動を、第三・第四周期元素の遷移金属が媒介するようにデザインされています。

他方で、自然界のエネルギー変換反応の多くは、第二周期元素のみが関与する単純な電子移動により達成・完結します。

この事実の元、超効率的電子移動の真のメカニズムとして、キノイド骨格と分子状酸素（O₂）を中心としたプロトン電子共役移動反応（proton-coupled electron transfer: PCET）が注目されています（Figure 1）。

PCETは古くから知られるQuinone―Hydroquinone酸化還元平衡のメカニズムであり、正に光合成中心を担うプラストキノンによる電子移動反応であるため、その原理の解明はエネルギー問題の解決のための最重要課題と言えます。

第二周期元素である酸素は、生体内に最も豊富に存在する電子受容体であり、原理的には第三・第四周期元素の遷移金属よりも、強い求電子性を示します。

そのため、O₂の関連するPCET反応は、効率的な電子移動となり易く、申請者等が報告したHydroquinone（H₂Q）とSuperoxide（O₂^•−）との間の協奏的PCET反応（プロトンと電子が同時に協奏的に移動する反応：Figure 1の赤線）は、飛躍的に効率のよい電子移動を実現します。

しかし、PCETに対する構造―物性相関については、メチル基による置換基効果でさえも解明されていないため、産業的活用には未解決の問題が多く残されています。

一般にメチル置換基による電子誘起効果（電子供与性効果）は、H₂Q骨格の電荷密度を高め、電子移動（ET）を促進し、同時にプロトン移動（PT）を抑制します。

逆に、クロル基のような電子吸引基は、ETの抑制とPTの促進の正反対の効果を与えます。

このように、置換基の電子誘起効果は、ETとPTに相反する効果を与えるため、PCET反応（PTとETの共役反応）に対する効果は、従来の電荷移動相互作用では説明出来きません。

そこで我々は、PCET反応に預かる置換基の電子誘起効果を明らかとすることを目的として、電気化学・量子力学分野の研究を展開しています。。

過去の関連文献

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