JP2010208927A - Method for producing at least one of deuterium (d2) and hydrogen deuteride (hd) and formic acid decomposition catalyst to be used therein - Google Patents

Method for producing at least one of deuterium (d2) and hydrogen deuteride (hd) and formic acid decomposition catalyst to be used therein Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing hydrogen isotope gas safely, simply and easily, extremely efficiently and at a low cost. <P>SOLUTION: The method for producing at least one of deuterium (D<SB>2</SB>) and hydrogen deuteride (HD) includes: a preparation step of preparing a formic acid solution which contains formic acid, a solvent and a formic acid decomposition catalyst containing a dinuclear metal complex, its tautomer or stereoisomer or their salts and in which at least one of the formic acid and the solvent is deuterated; and a formic acid decomposition step of decomposing the formic acid by having the prepared solution left standing, heating the prepared solution or irradiating the prepared solution with light to generate at least one of deuterium (D<SB>2</SB>) and hydrogen deuteride (HD). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を製造する方法、並びにこれに使用するギ酸分解用触媒に関する。 The present invention relates to a method for producing at least one of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD), and a formic acid decomposition catalyst used therefor.

水素(H2)は、各種物質の合成、還元、石油の水素化脱硫、水素化分解等、多様な用途に用いられ、産業上のあらゆる分野で必要とされている。水素(H2)は、酸化により水を生じ、有害物質を発生することがないため、例えば、燃料電池等におけるクリーンな次世代燃料供給源として近年注目されており、水素(H2)の供給、貯蔵および利用技術は、産業上非常に重要視されている。 Hydrogen (H 2 ) is used in various applications such as synthesis of various substances, reduction, hydrodesulfurization of petroleum, hydrocracking, and is required in all industrial fields. Since hydrogen (H 2 ) generates water by oxidation and does not generate harmful substances, it has recently been attracting attention as a clean next-generation fuel supply source in, for example, fuel cells, and the supply of hydrogen (H 2 ) Storage and utilization technology is very important in industry.

水素(H)には、DおよびTの2種類の同位体が存在し、水素(H)が重要視されるのに伴って、これら同位体への関心も高まっている。現在、重水素(D)および三重水素(T)は、例えば、核融合炉の燃料、化合物の標識用元素などとして使用されている。特に、重水素(D)は、放射性がなく安全で安定であり、その活用が期待されている。現在、重水素(D)は、例えば、薬物代謝研究や触媒の活性測定等の、化学反応や物質のメカニズム・構造分析等において、例えば、重水素標識化合物の形態で、トレーサー等として利用されている。また、単結晶X線回折を用いて水素を含む化合物の水素(H)位置を厳密に決定することは困難であるが、水素(H)を重水素(D)で置換する事により、単結晶中性子線回折を用いて重水素(D)の空間配置を精度良く決定できる。重水素(D)は、また、例えば、光通信プラスチックファイバーにおける水素置換剤、航空機用耐熱性潤滑油におけるフッ素置換剤としての有用性や、有機材料に対する抗菌性付与効果が確認されており、一般産業分野でも重要性が高まっている。さらに、前述の水素(H2)の重要性の高まりにより、例えば水素(H2)に関する技術開発や研究等において、重水素(D)の利用が今後一層増すことは、確実である。重水素(D)は、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の分子の形態で安定に保存することができる。 Hydrogen (H) has two types of isotopes, D and T. As hydrogen (H) is regarded as important, interest in these isotopes is increasing. At present, deuterium (D) and tritium (T) are used, for example, as a fuel for a nuclear fusion reactor, an element for labeling a compound, and the like. In particular, deuterium (D) is non-radioactive, safe and stable, and its use is expected. Currently, deuterium (D) is used as a tracer in the form of deuterium labeled compounds, for example, in the form of deuterium labeled compounds in chemical reactions and mechanism / structure analysis of substances such as drug metabolism studies and catalytic activity measurements. Yes. In addition, it is difficult to determine the hydrogen (H) position of a compound containing hydrogen using single crystal X-ray diffraction, but by replacing hydrogen (H) with deuterium (D), a single crystal The spatial arrangement of deuterium (D) can be accurately determined using neutron diffraction. Deuterium (D) has also been confirmed to be useful as a hydrogen substitute in optical communication plastic fibers, a fluorine substitute in heat-resistant lubricating oils for aircraft, and an antibacterial effect on organic materials. Importance is also increasing in the industrial field. Furthermore, due to the increasing importance of hydrogen (H 2 ) described above, it is certain that the use of deuterium (D) will increase further, for example, in technical development and research related to hydrogen (H 2 ). Deuterium (D) can be stably stored in the form of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD) molecules.

重水素(D2)は、例えば、白金電極上で重水(D2O)を電気分解することで製造することができる。しかしながら、このような従来のD2の製造方法は、危険を伴い、コストもかかる。 Deuterium (D 2 ) can be produced, for example, by electrolyzing heavy water (D 2 O) on a platinum electrode. However, such a conventional method for producing D 2 is dangerous and costly.

また、重水素化水素(HD)は、例えば、重水素(D2)と水素(H2)を混合し、金属担持固体触媒を用いてH/D交換反応により重水素化水素(HD)、重水素(D2)および水素(H2)の混合ガスを得、この混合ガスから重水素化水素(HD)のみを深冷蒸留分離法等で分離することにより製造することができる。例えば、特許文献1では、重水素化水素(HD)を含む前記混合ガスから効率よく重水素化水素(HD)を濃縮および回収する方法が、開示されている。この方法は、高い重水素化水素(HD)選択性を有する吸着材を用いて、前記混合ガス中に含まれる重水素化水素(HD)を吸着させ、次いで、所定の低圧条件下で前記重水素化水素(HD)を脱着させて回収する方法である。しかしながら、このような従来のHDの製造方法では、平衡状態の前記混合ガスから重水素化水素(HD)を単離しなければならず、重水素化水素(HD)のみを高収率で得ることができないので、手間とコストがかかる。 In addition, deuterated hydrogen (HD) is, for example, a mixture of deuterium (D 2 ) and hydrogen (H 2 ), and deuterated hydrogen (HD) by an H / D exchange reaction using a metal-supported solid catalyst, to obtain a mixed gas of deuterium (D 2) and hydrogen (H 2), only the hydrogen deuteride (HD) from the mixed gas can be produced by separating by cryogenic distillation separation method. For example, Patent Document 1 discloses a method for efficiently concentrating and recovering deuterated hydrogen (HD) from the mixed gas containing deuterated hydrogen (HD). In this method, an adsorbent having high deuterium hydrogen (HD) selectivity is used to adsorb deuterium hydrogen (HD) contained in the mixed gas, and then the deuterium is dehydrated under a predetermined low pressure condition. This is a method of desorbing and recovering hydrogen hydride (HD). However, in such a conventional HD production method, deuterated hydrogen (HD) must be isolated from the mixed gas in an equilibrium state, and only deuterated hydrogen (HD) can be obtained in a high yield. Because it can not be done, it takes time and money.

一方、本発明者らは、ロジウム単核錯体を用いたギ酸分解用触媒により、水溶液中でギ酸を分解し、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の一方または両方を発生させてこれらを製造する方法を見出している(非特許文献1)。 On the other hand, the present inventors decompose formic acid in an aqueous solution with a catalyst for formic acid decomposition using a rhodium mononuclear complex to generate one or both of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD). And have found a method for producing them (Non-patent Document 1).

特開2004−160294号公報JP 2004-160294 A

Fukuzumi, S.; Kobayashi, T.; Suenobu, T. ChemSusChem 2008, 1, 827.Fukuzumi, S .; Kobayashi, T .; Suenobu, T. ChemSusChem 2008, 1, 827.

非特許文献1のロジウム単核錯体を用いたギ酸分解方法によれば、重水素(D2)または重水素化水素(HD)を安全に、しかも簡便かつ効率的に製造できる。しかしながら、重水素(D2)または重水素化水素(HD)をより効率よく製造することができれば、さらなる低コスト化等を図ることができ、いっそう産業の発達に寄与することができる。 According to the formic acid decomposition method using the rhodium mononuclear complex of Non-Patent Document 1, deuterium (D 2 ) or deuterium hydride (HD) can be produced safely, simply and efficiently. However, if deuterium (D 2 ) or deuterated hydrogen (HD) can be produced more efficiently, it is possible to further reduce costs and contribute to further industrial development.

そこで、本発明は、重水素化水素(HD)および重水素(D2)の少なくとも一方(以下、「水素同位体ガス」と称する場合がある)を、安全に、簡便かつきわめて効率的に低コストで製造するための方法の提供を目的とする。さらに、本発明は、前記製造方法に用いるギ酸分解用触媒をも提供する。 In view of this, the present invention reduces at least one of deuterium hydrogen (HD) and deuterium (D 2 ) (hereinafter sometimes referred to as “hydrogen isotope gas”) safely, simply and extremely efficiently. It aims at providing the method for manufacturing at cost. Furthermore, the present invention also provides a formic acid decomposition catalyst used in the production method.

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究の結果、下記式(1)で表される複核金属錯体が有用であることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a binuclear metal complex represented by the following formula (1) is useful, and have reached the present invention.

より具体的には、本発明の製造方法は、
下記式(1)で表される複核金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩を含むギ酸分解用触媒と、ギ酸と、溶媒とを含み、前記ギ酸および前記溶媒の少なくとも一方が重水素化されているギ酸溶液を準備する準備工程と、
前記溶液を静置するか、加熱するか、または光照射することによりギ酸を分解させて重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を発生させるギ酸分解工程とを含む、
重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を製造するための製造方法である。
More specifically, the production method of the present invention includes:
A formic acid decomposition catalyst containing a binuclear metal complex represented by the following formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, formic acid, and a solvent, wherein at least one of the formic acid and the solvent Preparing a formic acid solution, one of which is deuterated,
Formic acid decomposition step of decomposing formic acid by standing, heating or irradiating the solution to generate at least one of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD),
This is a production method for producing at least one of deuterium (D 2 ) and deuterium hydride (HD).

Figure 2010208927
Figure 2010208927

前記式(1)中、
M1およびM2は遷移金属であり、同一でも異なっていても良く、
Arは、芳香族性を有する配位子であり、置換基を有していても有していなくても良く、置換基を有する場合、前記置換基は1でも複数でも良く、
R1〜R5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、フェニル基、またはシクロペンタジエニル基であり、
R12〜R27は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基であり、
または、R15およびR16は、一体となって -CH=CH- を形成しても良く、すなわち、R15およびR16はそれらの結合するビピリジン環と一体となってフェナントロリン環を形成しても良く、前記 -CH=CH- におけるHは、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基で置換されていても良く、
R23およびR24は、一体となって -CH=CH- を形成しても良く、すなわち、R23およびR24はそれらの結合するビピリジン環と一体となってフェナントロリン環を形成しても良く、前記 -CH=CH- におけるHは、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基で置換されていても良く、
Lは、任意の配位子であるか、または存在せず、
mは、正の整数、0、または負の整数である。
In the formula (1),
M 1 and M 2 are transition metals, which may be the same or different,
Ar is a ligand having aromaticity and may or may not have a substituent, and when it has a substituent, the substituent may be one or plural,
R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group, or a cyclopentadienyl group,
R 12 to R 27 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group, a nitro group, a halogen group, a sulfonic acid group (sulfo group), an amino group, a carboxylic acid group (carboxy group), a hydroxy group, or an alkoxy group. Group,
Alternatively, R 15 and R 16 may be combined to form —CH═CH—, that is, R 15 and R 16 may be combined with their bound bipyridine ring to form a phenanthroline ring. The H in —CH═CH— is independently an alkyl group, a phenyl group, a nitro group, a halogen group, a sulfonic acid group (sulfo group), an amino group, a carboxylic acid group (carboxy group), or a hydroxy group. Or may be substituted with an alkoxy group,
R 23 and R 24 together may form -CH = CH-, that is, R 23 and R 24 together with their bound bipyridine ring may form a phenanthroline ring. H in -CH = CH- is independently an alkyl group, phenyl group, nitro group, halogen group, sulfonic acid group (sulfo group), amino group, carboxylic acid group (carboxy group), hydroxy group, or May be substituted with an alkoxy group,
L is any ligand or absent,
m is a positive integer, 0, or a negative integer.

また、本発明のギ酸分解用触媒は、前記式(1)で表される複核金属錯体、その互変異性体、立体異性体、およびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含み、前記本発明の製造方法に用いるギ酸分解用触媒である。   The formic acid decomposition catalyst of the present invention comprises at least one compound selected from the group consisting of a binuclear metal complex represented by the formula (1), a tautomer, a stereoisomer, and a salt thereof. And a formic acid decomposition catalyst used in the production method of the present invention.

本発明によれば、重水素化水素(HD)および重水素(D2)の少なくとも一方を、安全に、簡便かつきわめて効率的に低コストで製造することができる。このため、重水素(D2)または重水素化水素(HD)を用いる技術分野における産業の発達にいっそう寄与することができる。本発明の製造方法によれば、例えば、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を、必要な時に必要な量だけ製造することができ、実験室レベルの製造から工業規模の量産に至るまで、十分に対応することも可能である。なお、本発明において、「重水素化」とは、ギ酸や水等の化合物における水素(H)のうち少なくとも一つが重水素(D)で置換されていることを意味する。 According to the present invention, at least one of deuterium hydrogen (HD) and deuterium (D 2 ) can be produced safely, simply and extremely efficiently at a low cost. For this reason, it can contribute further to the development of the industry in the technical field using deuterium (D 2 ) or deuterated hydrogen (HD). According to the production method of the present invention, for example, at least one of deuterium (D 2 ) and deuterium hydride (HD) can be produced in a necessary amount when necessary. It is possible to respond sufficiently to mass production of scale. In the present invention, “deuteration” means that at least one of hydrogen (H) in a compound such as formic acid or water is substituted with deuterium (D).

図1は、実施例1におけるH2とHDの存在比とpHとの相関関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the correlation between the abundance ratio of H 2 and HD in Example 1 and pH. 図2は、実施例1において推測可能な反応機構の一例を示すスキームである。FIG. 2 is a scheme showing an example of a reaction mechanism that can be estimated in Example 1. 図3は、実施例1において推測可能な反応機構の一例を示す別のスキームである。FIG. 3 is another scheme showing an example of a reaction mechanism that can be estimated in Example 1. 図4は、実施例1におけるTOFとpHとの相関関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the correlation between TOF and pH in Example 1. 図5は、アクア錯体(8)のESI-MSスペクトル図の一部を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a part of an ESI-MS spectrum diagram of the aqua complex (8). 図6は、[Ru(bpy)2bpm]2+水溶液(1.2×10-3mol/L)に[Cp*Ir(H2O)3]2+を加えた際のUV-Vis.スペクトル変化を示すグラフである。Figure 6 shows the change in UV-Vis. Spectrum when [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ is added to [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ aqueous solution (1.2 × 10 -3 mol / L). It is a graph which shows. 図7は、[Ru(bpy)2bpm]2+水溶液(2.0×10-4mol/L)に[Cp*Ir(H2O)3]2+を1当量加えた際の発光スペクトル変化を示すグラフである。Fig. 7 shows the change in emission spectrum when 1 equivalent of [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ is added to [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ aqueous solution (2.0 × 10 -4 mol / L). It is a graph to show. 図8は、イリジウム1価錯体(10)水溶液に希硫酸を加えた際のUV-Vis.吸収スペクトル変化を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a change in UV-Vis. Absorption spectrum when dilute sulfuric acid is added to an iridium monovalent complex (10) aqueous solution. 図9(A)は、図8における波長512nmの吸光度とpHとの関係を示すグラフである。図9(B)は、図8の測定におけるlog([Ir-H]/[Ir])とpHとの関係を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing the relationship between absorbance at a wavelength of 512 nm and pH in FIG. FIG. 9B is a graph showing the relationship between log ([Ir-H] / [Ir]) and pH in the measurement of FIG. 図10は、ヒドリド錯体(9)のナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスによる過渡吸収スペクトル図を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a transient absorption spectrum diagram of the hydride complex (9) by nanosecond laser flash photolysis. 図11は、ヒドリド錯体(9)のナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスにおける重水素同位体効果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the deuterium isotope effect in nanosecond laser flash photolysis of the hydride complex (9). 図12は、ヒドリド錯体(9)のフェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスによる過渡吸収スペクトル図を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a transient absorption spectrum diagram of the hydride complex (9) by femtosecond laser flash photolysis. 図13は、ヒドリド錯体(9)のフェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスにおける重水素同位体効果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the deuterium isotope effect in femtosecond laser flash photolysis of the hydride complex (9). 図14(A)は、参考例におけるアクア錯体(8)の濃度とH2ガスの発生効率との相関関係を示すグラフである。図14(B)は、参考例におけるギ酸濃度とH2ガスの発生効率との相関関係を示すグラフである。FIG. 14A is a graph showing the correlation between the concentration of the aqua complex (8) and the generation efficiency of H 2 gas in the reference example. FIG. 14B is a graph showing the correlation between the formic acid concentration and the H 2 gas generation efficiency in the reference example. 図15は、参考例におけるpHとH2ガスの発生効率との相関関係を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing a correlation between pH and H 2 gas generation efficiency in a reference example. 図16は、参考例において推測可能な反応機構の一例を示すスキームである。FIG. 16 is a scheme showing an example of a reaction mechanism that can be estimated in the reference example.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

[複核金属錯体]
前記式(1)で表される複核金属錯体において、架橋配位子Arは、特に限定されず、どのような配位子であっても良い。
[Dinuclear metal complex]
In the binuclear metal complex represented by the formula (1), the bridging ligand Ar is not particularly limited and may be any ligand.

前記式(1)中、Arが置換基を有する場合、前記置換基は、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、またはシクロペンタジエニル基であることが好ましく、前記アルキル基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルキル基であることがさらに好ましい。   In the formula (1), when Ar has a substituent, the substituent is preferably independently an alkyl group, a phenyl group, or a cyclopentadienyl group, and the alkyl group has 1 carbon atom. More preferably, it is a -6 linear or branched alkyl group.

前記式(1)中、R1〜R5およびR12〜R27において、前記アルキル基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルキル基であることが好ましい。R12〜R27において、前記アルコキシ基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基が特に好ましい。また、R1〜R5は、例えば全てメチル基であることが特に好ましく、R12〜R27は、例えば全て水素原子であることが特に好ましい。また、R15およびR16あるいはR23およびR24が一体となって -CH=CH- を形成する場合、前記 -CH=CH- におけるHは、前述の通り、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基で置換されていても良く、前記アルキル基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルキル基であることが好ましく、前記アルコキシ基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基が特に好ましい。 In the formula (1), in R 1 to R 5 and R 12 to R 27 , the alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. In R 12 to R 27 , the alkoxy group is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group. R 1 to R 5 are particularly preferably all methyl groups, for example, and R 12 to R 27 are particularly preferably all hydrogen atoms, for example. In addition, when R 15 and R 16 or R 23 and R 24 together form —CH═CH—, H in the —CH═CH— is independently an alkyl group, phenyl, Group, nitro group, halogen group, sulfonic acid group (sulfo group), amino group, carboxylic acid group (carboxy group), hydroxy group, or alkoxy group, the alkyl group may have 1 to Preferably, the alkoxy group is a straight-chain or branched alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a methoxy group is particularly preferable.

また、前記式(1)の複核金属錯体が、下記式(6)で表される構造を有する複核金属錯体であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the binuclear metal complex of said Formula (1) is a binuclear metal complex which has a structure represented by following formula (6).

Figure 2010208927
Figure 2010208927

前記式(6)中、
R6〜R11は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基であり、
M1、M2、R1〜R5、R12〜R27、Lおよびmは、前記式(1)と同じである。
In the formula (6),
R 6 to R 11 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group, a nitro group, a halogen group, a sulfonic acid group (sulfo group), an amino group, a carboxylic acid group (carboxy group), a hydroxy group, or an alkoxy group. Group,
M 1 , M 2 , R 1 to R 5 , R 12 to R 27 , L and m are the same as those in the formula (1).

前記式(6)中、R1〜R27において、前記アルキル基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルキル基であることが好ましい。R6〜R27において、前記アルコキシ基は、炭素数1〜6の直鎖または分枝アルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基が特に好ましい。また、R1〜R5は、例えば全てメチル基であることが特に好ましく、R6〜R27は、例えば全て水素原子であることが特に好ましい。 In the formula (6), in R 1 to R 27 , the alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. In R 6 to R 27 , the alkoxy group is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group. R 1 to R 5 are particularly preferably all methyl groups, for example, and R 6 to R 27 are particularly preferably all hydrogen atoms, for example.

さらに、前記式(1)または(6)で表される複核金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩において、前記式(1)または(6)中、Lが、水分子、水素原子、アルキコシドイオン、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、炭酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ギ酸イオン、もしくは酢酸イオンであるか、または存在しないことが好ましい。アルコキシドイオンとしては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、等から誘導されるアルコキシドイオンが挙げられる。   Further, in the binuclear metal complex represented by the formula (1) or (6), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, in the formula (1) or (6), L is water. It is preferably a molecule, hydrogen atom, alkyloside ion, hydroxide ion, halide ion, carbonate ion, trifluoromethanesulfonate ion, sulfate ion, nitrate ion, formate ion, acetate ion, or absent. . The alkoxide ion is not particularly limited. For example, alkoxide ions derived from methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, etc. Can be mentioned.

なお、前記式(1)または(6)中の配位子Lは、その種類により、置換、脱離等が比較的容易な場合がある。一例として、前記配位子Lは、塩基性、中性あるいは弱酸性の水溶液中では水分子となり、強酸性の水溶液中では水素原子となり、アルコール溶媒中ではアルコキシドイオンとなり、また、光や熱により脱離する場合があり得る。ただし、この記述は、可能な機構の例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。   In addition, the ligand L in the formula (1) or (6) may be relatively easily substituted or eliminated depending on the type. As an example, the ligand L is a water molecule in a basic, neutral or weakly acidic aqueous solution, a hydrogen atom in a strongly acidic aqueous solution, an alkoxide ion in an alcohol solvent, Desorption may occur. However, this description is only an example of a possible mechanism and does not limit the present invention.

前記式(1)または(6)中、M1は、ルテニウム、オスミウム、鉄、マンガン、クロム、コバルト、イリジウムまたは、ロジウムであることが好ましく、ルテニウムが特に好ましい。また、M2は、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、コバルト、オスミウム、ニッケル、または白金であることが好ましく、イリジウムが特に好ましい。また、M1とM2の組み合わせとしては、M1がルテニウムでありM2がイリジウムであることが特に好ましい。 In the formula (1) or (6), M 1 is preferably ruthenium, osmium, iron, manganese, chromium, cobalt, iridium, or rhodium, and ruthenium is particularly preferable. M 2 is preferably iridium, ruthenium, rhodium, cobalt, osmium, nickel, or platinum, and iridium is particularly preferable. As a combination of M 1 and M 2 , it is particularly preferable that M 1 is ruthenium and M 2 is iridium.

前記式(1)または(6)において、mは、例えば0〜5であることが好ましく、2、3または4であることがより好ましい。   In the formula (1) or (6), m is, for example, preferably 0 to 5, and more preferably 2, 3 or 4.

前記式(1)で表される複核金属錯体のうち、例えば、下記式(7)で表される複核金属錯体が一層好ましい。   Among the binuclear metal complexes represented by the formula (1), for example, the binuclear metal complex represented by the following formula (7) is more preferable.

Figure 2010208927
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前記式(7)中、Lおよびmは、前記式(6)と同じである。また、前記式(7)で表される複核金属錯体のうち、例えば、下記式(8)〜(11)のいずれかで表される複核金属錯体が特に好ましい。   In said Formula (7), L and m are the same as said Formula (6). Moreover, among the binuclear metal complexes represented by the formula (7), for example, the binuclear metal complexes represented by any of the following formulas (8) to (11) are particularly preferable.

Figure 2010208927
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なお、前記式(1)で表される複核錯体のうち、前記式(7)以外に好ましいものとしては、例えば、下記表1〜5中の化合物番号(31)〜(60)で表される複核錯体が挙げられる。化合物(31)〜(60)の個々の構造は、前記式(1)または(6)中におけるR1〜R27、M1、M2およびArの組み合わせで表している。なお、化合物(31)〜(60)において、配位子Lは前記式(1)または(6)と同じであり、特に限定されないが、例えば、水分子、水素原子、メトキシドイオン、もしくは水酸化物イオンであるか、または存在しないことが好ましい。mは、M1の価数、M2の価数および各配位子の価数により決まるが、例えば、0〜5が好ましい。また、下記表1〜5中の化合物は、全て、当業者であれば、本明細書の記載および本発明の属する技術分野の常識に基づいて過度の試行錯誤をすることなく容易に製造可能である。 In addition, among the binuclear complexes represented by the formula (1), the compounds other than the formula (7) are preferably represented by, for example, compound numbers (31) to (60) in the following Tables 1 to 5. A binuclear complex is mentioned. Each structure of the compounds (31) to (60) is represented by a combination of R 1 to R 27 , M 1 , M 2 and Ar in the formula (1) or (6). In the compounds (31) to (60), the ligand L is the same as the formula (1) or (6) and is not particularly limited. For example, the water molecule, hydrogen atom, methoxide ion, or water It is preferably an oxide ion or absent. m is the valence of M 1, but determined by the valence of the valence and Kakuhaiiko of M 2, for example, 0 to 5 is preferred. In addition, all the compounds in the following Tables 1 to 5 can be easily produced by those skilled in the art without undue trial and error based on the description in the present specification and common sense in the technical field to which the present invention belongs. is there.

Figure 2010208927
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なお、前記式(1)で表される複核錯体に互変異性体または立体異性体(例:幾何異性体、配座異性体および光学異性体)等の異性体が存在する場合は、それら異性体も本発明に使用可能である。例えば、鏡像体が存在する場合は、R体およびS体のいずれも使用可能である。さらに、前記式(1)で表される複核錯体またはその異性体の塩も本発明に使用可能である。前記塩において、前記式(1)で表される複核錯体のカウンターイオンは、特に限定されないが、陰イオンとしては、例えば、六フッ化リン酸イオン(PF6 -)、テトラフルオロほう酸イオン(BF4 -)、水酸化物イオン(OH-)、酢酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン(例えばフッ化物イオン(F-)、塩化物イオン(Cl-)、臭化物イオン(Br-)、ヨウ化物イオン(I-)等)、次亜ハロゲン酸イオン(例えば次亜フッ素酸イオン、次亜塩素酸イオン、次亜臭素酸イオン、次亜ヨウ素酸イオン等)、亜ハロゲン酸イオン(例えば亜フッ素酸イオン、亜塩素酸イオン、亜臭素酸イオン、亜ヨウ素酸イオン等)、ハロゲン酸イオン(例えばフッ素酸イオン、塩素酸イオン、臭素酸イオン、ヨウ素酸イオン等)、過ハロゲン酸イオン(例えば過フッ素酸イオン、過塩素酸イオン、過臭素酸イオン、過ヨウ素酸イオン等)、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(OSO2CF3 -)、テトラキスペンタフルオロフェニルボレートイオン[B(C6F5)4 -]等が挙げられる。陽イオンとしては、特に限定されないが、リチウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、ストロンチウムイオン、イットリウムイオン、スカンジウムイオン、ランタノイドイオン、等の各種金属イオン、水素イオン等が挙げられる。また、これらカウンターイオンは、一種類でも良いが、二種類以上が併存していても良い。 If the binuclear complex represented by the formula (1) has isomers such as tautomers or stereoisomers (eg, geometric isomers, conformers and optical isomers), these isomers The body can also be used in the present invention. For example, when an enantiomer is present, both R and S isomers can be used. Furthermore, the binuclear complex represented by the formula (1) or an isomer salt thereof can also be used in the present invention. In the salt, the counter ion of the binuclear complex represented by the formula (1) is not particularly limited. Examples of the anion include hexafluorophosphate ion (PF 6 ), tetrafluoroborate ion (BF 4 -), hydroxide ions (OH -), acetate ion, carbonate ion, phosphate ion, sulfate ion, nitrate ion, halide ion (e.g. fluoride ion (F -), chloride ion (Cl -), Bromide ion (Br ), iodide ion (I ), etc.), hypohalite ion (eg, hypofluorite ion, hypochlorite ion, hypobromite ion, hypoiodite ion, etc.), Halogenate ion (eg, fluorite ion, chlorite ion, bromite ion, iodate ion, etc.), halogenate ion (eg, fluorate ion, chlorate ion, bromate ion, iodate ion) Emissions, etc.), perhalogen acid ion (e.g., perfluorinated acid ion, perchloric acid ion, perbromic acid ion, periodic acid ion, etc.), trifluoromethanesulfonate ion (OSO 2 CF 3 -), tetrakis pentafluorophenyl borate And ions [B (C 6 F 5 ) 4 ] and the like. The cation is not particularly limited, but various metal ions such as lithium ion, magnesium ion, sodium ion, potassium ion, calcium ion, barium ion, strontium ion, yttrium ion, scandium ion, lanthanoid ion, hydrogen ion, etc. Can be mentioned. These counter ions may be one type, or two or more types may coexist.

なお、本発明において、アルキル基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基およびtert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等が挙げられる。アルキル基から誘導される基や原子団(アルコキシ基等)についても同様である。アルコールおよびアルコキシドイオンとしては、特に限定されないが、例えば、前記各アルキル基から誘導されるアルコールおよびアルキコキシドイオンが挙げられる。また、本発明において、「ハロゲン」とは、任意のハロゲン元素を指すが、例えば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素が挙げられる。さらに、本発明において置換基等に異性体が存在する場合は、特に制限しない限り、どの異性体でも良い。例えば、単に「プロピル基」という場合はn-プロピル基およびイソプロピル基のどちらでも良い。単に「ブチル基」という場合は、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基およびtert-ブチル基のいずれでも良い。   In the present invention, the alkyl group is not particularly limited. For example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a tert-butyl group, Examples include pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group, icosyl group, etc. It is done. The same applies to groups derived from alkyl groups and atomic groups (alkoxy groups and the like). Although it does not specifically limit as alcohol and an alkoxide ion, For example, the alcohol and alkoxide ion derived from each said alkyl group are mentioned. In the present invention, “halogen” refers to any halogen element, and examples thereof include fluorine, chlorine, bromine and iodine. Furthermore, in the present invention, when an isomer exists in a substituent or the like, any isomer may be used unless otherwise limited. For example, when simply referring to “propyl group”, either an n-propyl group or an isopropyl group may be used. When simply referred to as “butyl group”, any of n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group and tert-butyl group may be used.

[複核金属錯体の製造方法]
前記式(1)で表される複核金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩(以下、単に「化合物(1)」という場合がある)の製造方法は特に限定されず、どのような方法により製造しても良い。しかし、例えば、下記式(21)で表される金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩(以下、単に化合物(21)という場合がある)と、下記式(22)で表される金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩(以下、単に化合物(22)という場合がある)とを、溶媒に溶かして反応させる工程を含む製造方法により製造することが好ましい。この製造方法は、例えば前記反応工程により化合物(1)を生成させるのみでも良いし、また、その後、適宜な方法で化合物(1)を単離する工程をさらに含んでいても良い。このような方法によれば、化合物(1)を簡便に製造することができる。
[Production method of binuclear metal complex]
The production method of the binuclear metal complex represented by the formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof (hereinafter sometimes simply referred to as “compound (1)”) is not particularly limited. Any method may be used. However, for example, a metal complex represented by the following formula (21), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof (hereinafter sometimes simply referred to as the compound (21)) and the following formula (22) And a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof (hereinafter sometimes referred to simply as “compound (22)”) is dissolved in a solvent and reacted. It is preferable to do. This production method may, for example, merely produce the compound (1) by the reaction step, and may further include a step of isolating the compound (1) by an appropriate method thereafter. According to such a method, the compound (1) can be easily produced.

Figure 2010208927
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前記式(21)中、
Ar、M1およびR12〜R27は、前記式(1)と同じであり、
nは、正の整数、0、または負の整数であり、
前記式(22)中、
M2、LおよびR1〜R5は、前記式(1)と同じであり、
L1およびL2は、任意の置換基であるか、または存在せず、同一でも異なっていても良く、
pは、正の整数、0、または負の整数である。
In the formula (21),
Ar, M 1 and R 12 to R 27 are the same as those in the formula (1),
n is a positive integer, 0, or a negative integer;
In the formula (22),
M 2 , L and R 1 to R 5 are the same as those in the formula (1),
L 1 and L 2 are optional substituents or are not present and may be the same or different;
p is a positive integer, 0, or a negative integer.

なお、前記式(22)中、例えば、L、L1およびL2が全て水分子であることが好ましい。また、金属錯体(21)もしくは金属錯体(22)またはそれらの異性体が塩を形成する場合、カウンターイオンは特に限定されないが、例えば、前記式(1)の複核金属錯体のカウンターイオンについて前述した具体例と同様である。 In the formula (22), for example, L, L 1 and L 2 are preferably all water molecules. Further, when the metal complex (21) or the metal complex (22) or an isomer thereof forms a salt, the counter ion is not particularly limited. For example, the counter ion of the binuclear metal complex of the formula (1) is described above. The same as the specific example.

前記化合物(1)の製造方法において、前記化合物(21)および化合物(22)を溶解させる溶媒は特に限定されず、例えば水でも有機溶媒でも良いし、一種類のみ用いても二種類以上併用しても良い。例えば、前記化合物(21)および化合物(22)がいずれも水に可溶な場合は、水を用いることが簡便であることから好ましい。前記有機溶媒としては特に限定されないが、前記化合物(21)および化合物(22)の溶解度等の観点から高極性溶媒が好ましく、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、n-ブチルアルコール等の第1級アルコール、イソプロピルアルコール、s-ブチルアルコール等の第2級アルコール、t-ブチルアルコール等の第3級アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル等のエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド、酢酸エチル等のエステル等が挙げられる。   In the production method of the compound (1), the solvent for dissolving the compound (21) and the compound (22) is not particularly limited. For example, water or an organic solvent may be used, or only one type may be used or two or more types may be used in combination. May be. For example, when both of the compound (21) and the compound (22) are soluble in water, it is preferable to use water because it is simple. The organic solvent is not particularly limited, but is preferably a highly polar solvent from the viewpoint of the solubility of the compound (21) and the compound (22). For example, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, nitriles such as benzonitrile, methanol, Primary alcohols such as ethanol, n-propyl alcohol, n-butyl alcohol, secondary alcohols such as isopropyl alcohol and s-butyl alcohol, tertiary alcohols such as t-butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, etc. Examples include polyhydric alcohol, ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane, diethyl ether, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, and esters such as ethyl acetate.

前記化合物(21)と化合物(22)を溶媒に溶解させる際、前記錯体(21)分子の濃度は特に限定されないが、例えば0.001〜50mmol/L、好ましくは0.005〜20mmol/L、より好ましくは0.01〜5mmol/Lである。前記錯体(22)分子の濃度も特に限定されないが、例えば0.001〜50mmol/L、好ましくは0.005〜20mmol/L、より好ましくは0.01〜5mmol/Lである。前記錯体(21)分子と前記錯体(22)分子の物質量比(分子数比)も特に限定されないが、例えば1:100〜100:1、好ましくは1:50〜50:1、より好ましくは1:3〜3:1であり、化学量論比に等しい1:1とすることが特に好ましい。   When the compound (21) and the compound (22) are dissolved in a solvent, the concentration of the complex (21) molecule is not particularly limited, but is, for example, 0.001 to 50 mmol / L, preferably 0.005 to 20 mmol / L, more preferably 0.01. ~ 5mmol / L. The concentration of the complex (22) molecule is not particularly limited, and is, for example, 0.001 to 50 mmol / L, preferably 0.005 to 20 mmol / L, and more preferably 0.01 to 5 mmol / L. The mass ratio (number ratio) of the complex (21) molecule and the complex (22) molecule is not particularly limited, but is, for example, 1: 100 to 100: 1, preferably 1:50 to 50: 1, more preferably It is particularly preferable that the ratio is 1: 3 to 3: 1 and 1: 1 which is equal to the stoichiometric ratio.

また、前記化合物(21)と化合物(22)を反応させる方法も特に限定されないが、例えば、溶媒に溶解させた後にそのまま室温で静置しても良いし、必要に応じて加熱しても良い。具体的には、反応温度は特に限定されないが、例えば4〜100℃、好ましくは20〜80℃、より好ましくは20〜60℃である。反応時間も特に限定されないが、例えば5秒〜60分、好ましくは10秒〜10分、より好ましくは10秒〜1分である。理想的には、前記化合物(21)と化合物(22)を混合してただちに反応が完了するのが良い。   Further, the method for reacting the compound (21) and the compound (22) is not particularly limited. For example, the compound (21) may be allowed to stand at room temperature after being dissolved in a solvent, or may be heated as necessary. . Specifically, although reaction temperature is not specifically limited, For example, 4-100 degreeC, Preferably it is 20-80 degreeC, More preferably, it is 20-60 degreeC. The reaction time is not particularly limited, but is, for example, 5 seconds to 60 minutes, preferably 10 seconds to 10 minutes, and more preferably 10 seconds to 1 minute. Ideally, the reaction should be completed immediately after the compound (21) and the compound (22) are mixed.

前記化合物(1)の製造方法において、化合物(1)の単離方法も特に限定されないが、例えば、再結晶法、対アニオン交換沈殿法等、金属錯体の単離方法として公知の方法を適宜応用することができる。   In the production method of the compound (1), the isolation method of the compound (1) is not particularly limited. For example, a method known as a metal complex isolation method such as a recrystallization method or a counter anion exchange precipitation method is appropriately applied. can do.

[本発明のギ酸分解用触媒、水素同位体ガスの製造方法およびその利用]
本発明のギ酸分解用触媒は、前述の通り、前記式(1)で表される複核金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩(化合物(1))を含むギ酸分解用触媒である。例えば、化合物(1)をそのまま本発明のギ酸分解用触媒として用いても良いし、他の成分を適宜添加して用いても良い。本発明のギ酸分解用触媒は、その作用により、ギ酸を分解して水素(H2)と二酸化炭素(CO2)を発生させる。このため、本発明のギ酸分解用触媒は、前述のとおり、ギ酸および溶媒の少なくとも一方が重水素化されたギ酸溶液から水素同位体ガスを製造する本発明の製造方法に用いることができる。
[Catalyst for formic acid decomposition of the present invention, method for producing hydrogen isotope gas and use thereof]
As described above, the formic acid decomposition catalyst of the present invention includes a dinuclear metal complex represented by the formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof (compound (1)). Catalyst. For example, the compound (1) may be used as it is as the formic acid decomposition catalyst of the present invention, or other components may be added as appropriate. The formic acid decomposition catalyst of the present invention generates hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) by decomposing formic acid by its action. Therefore, the formic acid decomposition catalyst of the present invention can be used in the production method of the present invention for producing a hydrogen isotope gas from a formic acid solution in which at least one of formic acid and a solvent is deuterated as described above.

本発明の製造方法は、前述のとおり、化合物(1)を含むギ酸分解用触媒と、ギ酸と、溶媒とを含み、前記ギ酸および前記溶媒の少なくとも一方が重水素化されているギ酸溶液を準備する準備工程と、前記溶液を静置するか、加熱するか、または光照射することによりギ酸を分解させて重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を発生させるギ酸分解工程とを含む、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を製造するための製造方法である。本発明の製造方法における前記準備工程は、例えば、化合物(1)の溶液にギ酸を加えてギ酸溶液とすることにより行うことができる。このとき、例えば、ギ酸の添加に先立ち、化合物(1)の溶液を十分に脱酸素することが、前記ギ酸分解工程における反応効率等の観点から好ましい。前記ギ酸分解工程は、前記ギ酸溶液をそのまま静置するか、必要に応じ加熱または光照射して行うことができる。加熱する場合、温度は特に限定されないが、例えば4〜100℃、好ましくは10〜80℃、より好ましくは20〜40℃である。発生した水素を捕集する方法も特に限定されず、例えば、水上置換、上方置換等、公知の方法を適宜用いることができる。 As described above, the production method of the present invention prepares a formic acid solution containing a formic acid decomposition catalyst containing compound (1), formic acid and a solvent, and at least one of the formic acid and the solvent is deuterated. And a formic acid decomposition in which at least one of deuterium (D 2 ) and deuterium hydrogen (HD) is generated by decomposing formic acid by standing, heating, or irradiating light. And a process for producing at least one of deuterium (D 2 ) and deuterium hydride (HD). The said preparatory process in the manufacturing method of this invention can be performed by adding formic acid to the solution of a compound (1), and making it a formic acid solution, for example. At this time, for example, prior to the addition of formic acid, it is preferable to sufficiently deoxygenate the solution of compound (1) from the viewpoint of the reaction efficiency in the formic acid decomposition step. The formic acid decomposition step can be performed by leaving the formic acid solution as it is or by heating or irradiating with light as necessary. In the case of heating, the temperature is not particularly limited, but is, for example, 4 to 100 ° C, preferably 10 to 80 ° C, more preferably 20 to 40 ° C. The method for collecting the generated hydrogen is not particularly limited, and a known method such as water replacement or upward replacement can be appropriately used.

本発明の製造方法において、前記溶媒は特に限定されず、例えば水でも有機溶媒でも良いし、一種類のみ用いても二種類以上併用しても良い。例えば、前記溶媒が水を含み、前記ギ酸溶液において、前記水および前記ギ酸の一方または両方が重水素化されていてもよい。前記有機溶媒としては特に限定されないが、化合物の溶解度等の観点から高極性溶媒が好ましく、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、n-ブチルアルコール等の第1級アルコール、イソプロピルアルコール、s-ブチルアルコール等の第2級アルコール、t-ブチルアルコール等の第3級アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル等のエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド、酢酸エチル等のエステル等が挙げられる。前記溶媒としては、例えば、水と有機溶媒の混合溶媒でも良いが、水のみを用いることが、簡便であることから好ましい。さらに、原料のギ酸は、例えば、溶液、塩等の形態であっても良い。   In the production method of the present invention, the solvent is not particularly limited. For example, water or an organic solvent may be used, or only one kind may be used or two or more kinds may be used in combination. For example, the solvent may contain water, and one or both of the water and the formic acid may be deuterated in the formic acid solution. The organic solvent is not particularly limited, but is preferably a highly polar solvent from the viewpoint of the solubility of the compound, nitrile such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, benzonitrile, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, n-butyl alcohol. Primary alcohols such as isopropyl alcohol, secondary alcohols such as s-butyl alcohol, tertiary alcohols such as t-butyl alcohol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol, tetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane, Examples include ethers such as diethyl ether, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, and esters such as ethyl acetate. For example, a mixed solvent of water and an organic solvent may be used as the solvent, but it is preferable to use only water because it is simple. Furthermore, the raw material formic acid may be in the form of, for example, a solution or a salt.

また、前記ギ酸溶液は、前記ギ酸分解用触媒、前記ギ酸および前記溶媒以外の他の添加物を含んでもよいが、本発明の製造方法では、このような他の添加剤を用いなくても、水素同位体ガスを高収量で、簡便に、かつ安全に発生させることができる。   Further, the formic acid solution may contain additives other than the formic acid decomposition catalyst, the formic acid and the solvent, but in the production method of the present invention, even if such other additives are not used, Hydrogen isotope gas can be generated easily and safely with high yield.

本発明のギ酸分解用触媒の活性は、特に制限されないが、従来のギ酸分解用触媒よりもさらに活性が高いことが好ましい。具体的には、重水素化されていない水(H2O)に重水素化されていないギ酸(HCOOH)を0.83M濃度で溶かした水溶液に水酸化ナトリウムを加えてpH3.8に調整し、本発明のギ酸分解用触媒を用いて298K(25℃)でギ酸分解反応を行った場合のTOF(Turn Over Frequency、1時間当たりの触媒の回転数)が、100以上であることが好ましい。前記反応条件におけるTOFは、より好ましくは200以上、特に好ましくは400以上であり、上限値は特に制限されないが、例えば500以下である。なお、前記反応条件におけるTOFは、例えば、後述の参考例1〜3のようにして測定することができる。また、TOFは、ギ酸分解反応において1時間当たり発生した水素分子数を、複核金属錯体(1)の分子数で割って求めた数値である。 The activity of the formic acid decomposition catalyst of the present invention is not particularly limited, but is preferably higher than that of the conventional formic acid decomposition catalyst. Specifically, sodium hydroxide is added to an aqueous solution in which non-deuterated formic acid (HCOOH) is dissolved in non-deuterated water (H 2 O) at a concentration of 0.83M to adjust the pH to 3.8. When the formic acid decomposition reaction is carried out at 298 K (25 ° C.) using the formic acid decomposition catalyst of the present invention, the TOF (Turn Over Frequency, the number of rotations of the catalyst per hour) is preferably 100 or more. The TOF under the reaction conditions is more preferably 200 or more, particularly preferably 400 or more, and the upper limit is not particularly limited, but is, for example, 500 or less. In addition, TOF in the said reaction conditions can be measured like the below-mentioned reference examples 1-3, for example. The TOF is a value obtained by dividing the number of hydrogen molecules generated per hour in the formic acid decomposition reaction by the number of molecules of the binuclear metal complex (1).

本発明のギ酸分解用触媒は、例えば、室温の水溶液中で、加熱を一切しなくても触媒として機能することが特に好ましい。なお、「室温」とは、特に制限されないが、例えば5〜35℃である。本発明の製造方法において、例えば、加熱を一切せずに前記ギ酸分解工程を行うことが、ギ酸分解用触媒が劣化しにくい等の理由により好ましい。例えば、前記ギ酸分解工程において、前記ギ酸溶液を、ギ酸の分解が開始するまで室温で静置し、さらにそのまま室温で静置して前記ギ酸分解工程を行うことが好ましい。この場合において、ギ酸の分解が開始するまでの時間は、特に制限されないが、例えば、10〜20分間である。なお、前記ギ酸溶液を静置して、しばらくギ酸分解が開始しない場合がある理由は、明らかではない。例えば、前記準備工程において、溶液を十分に脱酸素した場合であっても、除去し切れなかった残存酸素が化合物(1)と反応し、酸素を還元的に消費し切ってから化合物(1)とギ酸との反応が始まる場合があると考えられる。ただし、これは推測可能な機構の一例に過ぎず、本発明を何ら限定しない。また、前記ギ酸分解工程における反応条件は、上記の条件に制限されない。例えば、本発明のギ酸分解用触媒が十分に高活性な場合であっても、さらに反応効率を向上させる等の目的で、前述のように適宜加熱したり、水に代えて有機溶媒を用いたり、または水と有機溶媒を併用したりしても良い。   The formic acid decomposition catalyst of the present invention preferably functions as a catalyst without any heating in an aqueous solution at room temperature, for example. In addition, although it does not restrict | limit especially with "room temperature", it is 5-35 degreeC, for example. In the production method of the present invention, for example, it is preferable to perform the formic acid decomposition step without heating at all, for the reason that the formic acid decomposition catalyst is hardly deteriorated. For example, in the formic acid decomposition step, the formic acid solution is preferably allowed to stand at room temperature until decomposition of formic acid starts, and further left at room temperature to perform the formic acid decomposition step. In this case, the time until the start of formic acid decomposition is not particularly limited, but is, for example, 10 to 20 minutes. In addition, it is not clear why the formic acid solution may be left standing and formic acid decomposition may not start for a while. For example, even in the case where the solution is sufficiently deoxygenated in the preparation step, the residual oxygen that cannot be completely removed reacts with the compound (1), and after the oxygen is consumed reductively, the compound (1) It is thought that there may be a case where the reaction of formic acid begins. However, this is merely an example of a mechanism that can be estimated, and does not limit the present invention. The reaction conditions in the formic acid decomposition step are not limited to the above conditions. For example, even when the formic acid decomposition catalyst of the present invention is sufficiently high in activity, for the purpose of further improving the reaction efficiency, it is appropriately heated as described above, or an organic solvent is used instead of water. Alternatively, water and an organic solvent may be used in combination.

本発明の製造方法において、前記溶液中における前記複核金属錯体(1)分子の濃度は特に限定されないが、例えば0.001〜50mmol/L、好ましくは0.005〜20mmol/L、より好ましくは0.005〜5mmol/Lである。前記複核金属錯体(1)分子とギ酸分子の物質量比(分子数比)も特に限定されないが、例えば100:1〜1:5000、好ましくは10:1〜1:2000、より好ましくは1:1〜1:1500である。   In the production method of the present invention, the concentration of the binuclear metal complex (1) molecule in the solution is not particularly limited. For example, 0.001 to 50 mmol / L, preferably 0.005 to 20 mmol / L, more preferably 0.005 to 5 mmol / L. It is. The mass ratio (number ratio) of the binuclear metal complex (1) molecule and formic acid molecule is not particularly limited, but is, for example, 100: 1 to 1: 5000, preferably 10: 1 to 1: 2000, more preferably 1: 1-1 to 1500.

本発明の製造方法は、例えば、前記ギ酸分解工程における副生成物としての二酸化炭素を得るために利用することもできる。また、本発明の水素同位体ガス製造方法によれば、二酸化炭素(CO2)以外の副生成物を伴わず、有毒な副生成物なしに水素を得ることも可能である。 The production method of the present invention can be used, for example, to obtain carbon dioxide as a by-product in the formic acid decomposition step. Further, according to the hydrogen isotope gas production method of the present invention, it is possible to obtain hydrogen without any toxic by-products without accompanying by-products other than carbon dioxide (CO 2 ).

本発明の製造方法においては、ギ酸分解工程開始前の前記ギ酸溶液のpHまたはpD(初期pHまたはpD)は、特に制限されないが、例えば、1.0〜8.5の範囲である。前記初期pHまたはpDの調整は、公知のpH調整剤、例えば、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基性物質、塩酸、硫酸、硝酸等の酸性物質を用いて行うことができる。また、後述のとおり、前記初期pHまたはpDを調整することで、発生する重水素化水素(HD)および重水素(D2)の各々の発生量を調節できる。なお、本発明の製造方法において製造した水素(H2)、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも2種類の混合ガスから重水素(D2)および重水素化水素(HD)それぞれを得る方法は、特に限定されず、例えば、ガスクロマトグラフィー等を適宜用いることができる。 In the production method of the present invention, the pH or pD (initial pH or pD) of the formic acid solution before the start of the formic acid decomposition step is not particularly limited, but is, for example, in the range of 1.0 to 8.5. The initial pH or pD can be adjusted using a known pH adjuster, for example, a basic substance such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, or an acidic substance such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid. Further, as described later, by adjusting the initial pH or pD, it is possible to adjust the amount of each generated deuterated hydrogen (HD) and deuterium (D 2 ). Note that hydrogen (H 2) produced in the production method of the present invention, deuterium (D 2) and deuterium from at least two types of mixed gas of hydrogen deuteride (HD) (D 2) and hydrogen deuteride ( The method for obtaining HD) is not particularly limited, and for example, gas chromatography or the like can be used as appropriate.

本発明の製造方法では、化合物(1)によるギ酸の分解反応に、前記ギ酸溶液中の前記ギ酸および前記溶媒の少なくとも一方の重水素化物が重水素供給源として関与する結果、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方が発生する。本発明の製造方法において、例えば、前記ギ酸溶液の溶媒がD2Oを含んでいると、前記ギ酸分解工程で重水素(D2)を発生させることができる。これにより、例えば、重水素(D2)および重水化水素(HD)の両方を収率よく得るか、または、重水素(D2)を選択的に製造することができる。この場合、例えば、前記溶媒がD2Oのみからなっていることが特に好ましい。重水素(D2)および重水化水素(HD)の両方を収率よく得るためには、重水(D2O)を使用し、前記初期pHまたはpDを、1.0〜8.0の範囲とすることが好ましく、1.5〜6.0の範囲とすることがより好ましく、2.0〜4.0の範囲とすることがいっそう好ましい。重水素(D2)の発生量を増すためには、重水(D2O)を使用し、前記初期pHまたはpDを、1.0〜6.0の範囲とすることが好ましく、1.0〜4.0の範囲とすることがより好ましく、1.0〜3.0の範囲とすることがいっそう好ましい。重水素(D2)を選択的に製造する場合、得られるH2、HDおよびD2の全物質量(mol)中におけるD2の割合は、特に制限されないが、好ましくは50mol%以上、より好ましくは60mol%以上、さらに好ましくは70mol%以上、いっそう好ましくは80mol%以上、特に好ましくは90mol%以上である。前記D2の割合の上限値は特に制限されないが、理想的には100mol%である。 In the production method of the present invention, as a result of the deuterium at least one of the formic acid and the solvent in the formic acid solution being involved in the formic acid decomposition reaction by the compound (1) as a deuterium source, deuterium (D 2 ) And deuterated hydrogen (HD) are generated. In the production method of the present invention, for example, when the solvent of the formic acid solution contains D 2 O, deuterium (D 2 ) can be generated in the formic acid decomposition step. Thereby, for example, both deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD) can be obtained in good yield, or deuterium (D 2 ) can be selectively produced. In this case, for example, it is particularly preferable that the solvent consists only of D 2 O. In order to obtain both deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD) in good yield, heavy water (D 2 O) is used, and the initial pH or pD is in the range of 1.0 to 8.0. Preferably, the range is 1.5 to 6.0, more preferably 2.0 to 4.0. In order to increase the generation amount of deuterium (D 2 ), it is preferable to use heavy water (D 2 O), and to set the initial pH or pD within the range of 1.0 to 6.0, 1.0 More preferably, it is in the range of ˜4.0, more preferably in the range of 1.0 to 3.0. When selectively producing deuterium (D 2 ), the ratio of D 2 in the total amount (mol) of H 2 , HD and D 2 obtained is not particularly limited, but is preferably 50 mol% or more. Preferably it is 60 mol% or more, More preferably, it is 70 mol% or more, More preferably, it is 80 mol% or more, Most preferably, it is 90 mol% or more. The upper limit of the D 2 ratio is not particularly limited, but ideally 100 mol%.

また、本発明の製造方法においては、例えば、前記ギ酸溶液において、前記溶媒が水を含み、前記水および前記ギ酸の一方が重水素化されており、前記ギ酸分解工程開始前の初期pHまたは初期pDが2.5以上であることが好ましい。この製造条件によれば、前記ギ酸分解工程において、重水素化水素(HD)を発生させ、重水素化水素(HD)を選択的に製造しやすい。前記初期pHまたは初期pDは、好ましくは2.5以上であり、より好ましくは3.0以上であり、特に好ましくは3.3以上である。また、初期pHまたは初期pDの上限値は、例えば6.0以下であり、好ましくは5.5以下であり、より好ましくは5.0以下であり、特に好ましくは4.5以下である。また、この製造条件において、重水素化されたギ酸(DCOOH)と重水素化されていない水(H2O)を使用すると、重水素化水素(HD)を特に選択的に製造しやすいため、より好ましい。重水素化水素(HD)を選択的に製造する場合において、得られるH2、HDおよびD2の全物質量(mol)中におけるHDの割合は、特に制限されないが、好ましくは50mol%以上、より好ましくは60mol%以上、さらに好ましくは70mol%以上、いっそう好ましくは80mol%以上、特に好ましくは90mol%以上である。前記HDの割合の上限値は特に制限されないが、理想的には100mol%である。 In the production method of the present invention, for example, in the formic acid solution, the solvent contains water, and one of the water and the formic acid is deuterated, and the initial pH or initial value before the formic acid decomposition step is started. It is preferable that pD is 2.5 or more. According to this production condition, deuterated hydrogen (HD) is generated in the formic acid decomposition step, and it is easy to selectively produce deuterated hydrogen (HD). The initial pH or initial pD is preferably 2.5 or more, more preferably 3.0 or more, and particularly preferably 3.3 or more. The upper limit of the initial pH or initial pD is, for example, 6.0 or less, preferably 5.5 or less, more preferably 5.0 or less, and particularly preferably 4.5 or less. In addition, when using deuterated formic acid (DCOOH) and non-deuterated water (H 2 O) under these production conditions, deuterated hydrogen (HD) is particularly easily produced, More preferred. In the case of selectively producing deuterated hydrogen (HD), the proportion of HD in the total amount (mol) of H 2 , HD and D 2 obtained is not particularly limited, but preferably 50 mol% or more, More preferably, it is 60 mol% or more, More preferably, it is 70 mol% or more, More preferably, it is 80 mol% or more, Most preferably, it is 90 mol% or more. The upper limit of the HD ratio is not particularly limited, but ideally 100 mol%.

なお、本発明において、重水素化されたギ酸とは、ギ酸分子内におけるホルミル基部分(HCO-)の水素(H)が重水素(D)で置換された構造のギ酸をいう。カルボキシ基部分(-COOH)の水素は、軽水素(H)でも、重水素(D)で置換された構造でも良い。重水素化された水とは、D2OでもHDOでも良いが、D2Oが、価格、利便性等の観点から好ましい。前述のとおり、重水素化されたギ酸(DCOOH)と水(H2O)を使用した場合、特に重水素化水素(HD)を選択的に発生させることができる。非重水素化ギ酸(HCOOH)と重水(D2O)を使用した場合は、重水素化水素(HD)および重水素(D2)の両方を発生させることができる。前記ギ酸(HCOOH)は、公知のギ酸製造方法等を参考にして、適宜製造することができ、また、例えば、市販品として入手することができる場合は、市販品をそのまま用いても良い。重水素化されたギ酸(DCOOH)は、例えば、非重水素化ギ酸(HCOOH)から重水(D2O)の存在下に塩基または酸触媒を用いるなど、公知の重水素化法等を参考にして、適宜製造することができ、また、例えば、市販品として入手することができる場合は、市販品をそのまま用いても良い。前記重水(D2O)は、水(H2O)を濃縮して適宜製造することができ、また、例えば、市販品として入手することができる場合は、市販品をそのまま用いても良い。 In the present invention, deuterated formic acid refers to formic acid having a structure in which hydrogen (H) of the formyl group moiety (HCO-) in the formic acid molecule is substituted with deuterium (D). The hydrogen of the carboxy group moiety (—COOH) may be light hydrogen (H) or a structure substituted with deuterium (D). The deuterated water may be D 2 O or HDO, but D 2 O is preferable from the viewpoints of price, convenience, and the like. As described above, when deuterated formic acid (DCOOH) and water (H 2 O) are used, particularly deuterated hydrogen (HD) can be selectively generated. When non-deuterated formic acid (HCOOH) and heavy water (D 2 O) are used, both deuterated hydrogen (HD) and deuterium (D 2 ) can be generated. The formic acid (HCOOH) can be appropriately produced with reference to a known formic acid production method or the like. For example, when it can be obtained as a commercial product, the commercial product may be used as it is. Deuterated formic acid (DCOOH) can be obtained by referring to known deuteration methods such as using a base or acid catalyst in the presence of deuterated formic acid (HCOOH) to deuterated water (D 2 O). For example, when it can be obtained as a commercial product, the commercial product may be used as it is. The heavy water (D 2 O) can be appropriately produced by concentrating water (H 2 O). For example, when it can be obtained as a commercial product, the commercial product may be used as it is.

また、本発明の製造方法は、前記ギ酸溶液において、前記溶媒および前記ギ酸の少なくとも一方が、重水素化に代えて三重水素化されていてもよい。このような条件であれば、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方に代えて三重水素(T2)および三重水素化水素(HT)の少なくとも一方を製造する方法としても用いることができる。 In the production method of the present invention, in the formic acid solution, at least one of the solvent and the formic acid may be tritiated instead of deuterated. Under such conditions, as a method for producing at least one of tritium (T 2 ) and tritium hydride (HT) instead of at least one of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD) Can also be used.

なお、本発明の製造方法は、前述のとおり、前記ギ酸溶液において、前記ギ酸および前記溶媒の少なくとも一方が重水素化されている。しかし、前記ギ酸および前記溶媒のいずれもが重水素化されていなければ、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方に代えて、軽水素(H2)を製造する方法にも用いることができる。この軽水素(H2)の製造方法は、例えば、本発明の製造方法における前述の各条件を適用して行うことができる。 In the production method of the present invention, as described above, in the formic acid solution, at least one of the formic acid and the solvent is deuterated. However, if neither formic acid nor the solvent is deuterated, a method for producing light hydrogen (H 2 ) instead of at least one of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD) Can also be used. This light hydrogen (H 2 ) production method can be carried out, for example, by applying the above-mentioned conditions in the production method of the present invention.

本発明の製造方法によれば、例えば、多段分離塔や貴金属分離膜などの高価な設備を用いずに水素同位体ガスを高選択的に製造することもできる。また、例えば、密閉容器内で本発明の製造方法を行えば、高圧の水素同位体ガスを得ることもできる。このため、本発明によれば、例えば、ガス圧縮機等を用いることなく、常圧から高圧の任意の圧力の水素同位体ガスを得ることも可能である。   According to the production method of the present invention, for example, a hydrogen isotope gas can be produced with high selectivity without using expensive equipment such as a multistage separation tower and a noble metal separation membrane. For example, if the manufacturing method of this invention is performed within an airtight container, a high-pressure hydrogen isotope gas can also be obtained. Therefore, according to the present invention, for example, it is possible to obtain a hydrogen isotope gas of any pressure from normal pressure to high pressure without using a gas compressor or the like.

なお、本発明のギ酸分解用触媒は、例えば、下記のようなギ酸製造および分解用装置にも用いることができる。以下のギ酸製造および分解用装置の説明において、水素(H2)とは、少なくとも一部がD2またはHDであるものとする。また、以下のギ酸製造および分解用装置の説明において、例えば、ギ酸が重水素化ギ酸であり、これをD2またはHDにおけるDの供給源としてもよいし、重水素化溶媒等をDの供給源として用いても良い。 The formic acid decomposition catalyst of the present invention can also be used in, for example, the following formic acid production and decomposition apparatus. In the following description of the formic acid production and decomposition apparatus, hydrogen (H 2 ) is assumed to be at least partially D 2 or HD. In the following description of the formic acid production and decomposition apparatus, for example, formic acid is deuterated formic acid, which may be used as a supply source of D in D 2 or HD, or a deuterated solvent or the like is supplied as D. It may be used as a source.

本発明のギ酸分解用触媒を用いたギ酸製造および分解用装置は、例えば、ギ酸を分解して水素(H2)および二酸化炭素(CO2)を発生させるギ酸分解部と、水素(H2)および二酸化炭素(CO2)からギ酸を製造するギ酸製造部とを含み、前記ギ酸分解部は、本発明のギ酸分解用触媒を含み、前記ギ酸製造部は、水素(H2)および二酸化炭素(CO2)を反応させてギ酸を製造するギ酸製造用触媒を含む。この装置の具体的な構造は特に限定されないが、例えば、前記ギ酸分解部から発生した二酸化炭素を前記ギ酸製造部に供給する二酸化炭素供給部をさらに備えていても良い。また、例えば、前記ギ酸製造部で製造したギ酸を前記ギ酸分解部に供給するギ酸供給部をさらに備えていても良い。これによれば、ギ酸分解による副生成物の二酸化炭素から再度ギ酸を製造し、二酸化炭素(CO2)を大気中に放出させることなく循環的に利用することができる。また、前記ギ酸製造および分解用装置を用いた水素貯蔵および発生方法は、例えば、ギ酸製造用触媒により水素(H2)および二酸化炭素(CO2)を反応させてギ酸を製造し、前記水素をギ酸の形態で貯蔵する水素貯蔵工程と、本発明のギ酸分解用触媒によりギ酸を分解して水素(H2)および二酸化炭素(CO2)を発生させる水素発生工程を含む。前記水素貯蔵工程および前記水素発生工程の順序は特に限定されず、どちらが先でも良いし、また、各工程を1回ずつ終えた後に、再び最初の工程に戻っても良い。前記水素貯蔵および発生方法を使用するための装置は特に限定されないが、例えば、前記ギ酸製造および分解用装置を用いて行うことができる。 The formic acid production and decomposition apparatus using the formic acid decomposition catalyst of the present invention includes, for example, a formic acid decomposition unit that decomposes formic acid to generate hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), and hydrogen (H 2 ). And a formic acid production unit that produces formic acid from carbon dioxide (CO 2 ), the formic acid decomposition unit includes the formic acid decomposition catalyst of the present invention, and the formic acid production unit comprises hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide ( A formic acid production catalyst for producing formic acid by reacting CO 2 ) is included. Although the specific structure of this apparatus is not specifically limited, For example, you may further provide the carbon dioxide supply part which supplies the carbon dioxide generated from the said formic acid decomposition | disassembly part to the said formic acid production part. In addition, for example, a formic acid supply unit that supplies the formic acid produced in the formic acid production unit to the formic acid decomposition unit may be further provided. According to this, formic acid can be produced again from carbon dioxide, which is a by-product of formic acid decomposition, and can be used cyclically without releasing carbon dioxide (CO 2 ) into the atmosphere. In addition, the hydrogen storage and generation method using the formic acid production and decomposition apparatus may, for example, produce formic acid by reacting hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) with a formic acid production catalyst, It includes a hydrogen storage step of storing in the form of formic acid and a hydrogen generation step of generating hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) by decomposing formic acid with the formic acid decomposition catalyst of the present invention. The order of the hydrogen storage step and the hydrogen generation step is not particularly limited, and either may be first, or after each step is completed once, the process may return to the first step again. Although the apparatus for using the said hydrogen storage and generation | occurrence | production method is not specifically limited, For example, it can carry out using the said formic acid production and decomposition apparatus.

前記水素の貯蔵および発生は、例えば以下のようにして行うことができる。すなわち、まず、前記ギ酸製造および分解用装置を準備する。この装置は、前記ギ酸分解部から発生した二酸化炭素を前記ギ酸製造部に供給する二酸化炭素供給部、前記ギ酸製造部で製造したギ酸を前記ギ酸分解部に供給するギ酸供給部、および、前記ギ酸製造部に水素を供給する水素供給部を備える。次に、前記水素供給部から前記ギ酸製造部に水素を供給するとともに、前記ギ酸分解部から発生した二酸化炭素を、前記二酸化炭素供給部を介して前記ギ酸製造部に供給する。そして、前記ギ酸製造部において、前記ギ酸製造用触媒により水素(H2)および二酸化炭素(CO2)を反応させてギ酸を製造し、前記水素をギ酸の形態で貯蔵する。このギ酸は、任意の期間貯蔵した後に用いることができるが、必要であれば直ちに用いても良い。そして、前記ギ酸を、前記ギ酸供給部を介して前記ギ酸分解部に供給し、本発明のギ酸分解用触媒によりギ酸を分解して水素(H2)および二酸化炭素(CO2)を発生させる。この水素は、必要に応じ、例えば燃料電池等の任意の用途に利用することができる。そして、副生成物の二酸化炭素は、前記二酸化炭素供給部を介して前記ギ酸製造部に供給し、再びギ酸製造に利用する。前記ギ酸製造部に水素を供給する水素供給部は、特に限定されないが、例えば、公知の水素ボンベ等を備えていても良い。前記水素貯蔵および発生方法あるいは前記ギ酸製造および分解用装置を用いれば、ギ酸やギ酸塩として水素を貯蔵および運搬し、必要なときに必要なだけ必要な場所で安全に用いることができる。これによれば、水素ボンベ等を運搬し、必要なときに前記水素ボンベ等から直接水素を供給するよりも、安全性等の点で有利である。 The storage and generation of hydrogen can be performed, for example, as follows. That is, first, the formic acid production and decomposition apparatus is prepared. The apparatus includes a carbon dioxide supply unit that supplies carbon dioxide generated from the formic acid decomposition unit to the formic acid production unit, a formic acid supply unit that supplies formic acid produced by the formic acid production unit to the formic acid decomposition unit, and the formic acid A hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the manufacturing unit is provided. Next, hydrogen is supplied from the hydrogen supply unit to the formic acid production unit, and carbon dioxide generated from the formic acid decomposition unit is supplied to the formic acid production unit via the carbon dioxide supply unit. In the formic acid production section, hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are reacted with the formic acid production catalyst to produce formic acid, and the hydrogen is stored in the form of formic acid. This formic acid can be used after storage for an arbitrary period, but may be used immediately if necessary. Then, the formic acid is supplied to the formic acid decomposition section through the formic acid supply section, and the formic acid is decomposed by the formic acid decomposition catalyst of the present invention to generate hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ). This hydrogen can be used for any application such as a fuel cell, for example, as necessary. And the carbon dioxide of a by-product is supplied to the said formic acid production part via the said carbon dioxide supply part, and is utilized again for formic acid production. Although the hydrogen supply part which supplies hydrogen to the said formic acid production part is not specifically limited, For example, you may provide a well-known hydrogen cylinder etc. If the hydrogen storage and generation method or the formic acid production and decomposition apparatus is used, hydrogen can be stored and transported as formic acid or formate, and can be safely used at the necessary place as necessary. This is advantageous in terms of safety and the like rather than transporting a hydrogen cylinder or the like and supplying hydrogen directly from the hydrogen cylinder or the like when necessary.

前記水素貯蔵および発生方法あるいは前記ギ酸製造および分解用装置に用いるギ酸製造用触媒は、特に限定されないが、例えば、本発明者らの発明による、下記文献(a)〜(c)に記載されたギ酸製造用触媒が好ましい。このギ酸製造用触媒は、下記式(23)または(24)で表される。下記式(23)中、X1は、H2O(水分子)またはH(水素原子)であり、X1がH2OのときはQは3であり、X1がHのときはQは2である。R100およびR200は、それぞれ独立に、水素原子またはメトキシ基である。下記式(24)中、X2は、H2O(水分子)またはH(水素原子)であり、X2がH2OのときはTは2であり、X2がHのときはTは1である。R300およびR400は、それぞれ独立に、水素原子またはメトキシ基である。ただし、下記式(23)および(24)において、X1、X2、R100、R200、R300およびR400は、ギ酸製造用触媒としての機能を損なわない限り、他の原子団で置き換えても良く、例えば、R100、R200、R300またはR400は、他のアルコキシ基またはアルキル基等であっても良い。また、式(23)におけるペンタメチルシクロペンタジエニル基あるいは式(24)におけるヘキサメチルベンゼン基において、各メチル基は、ギ酸製造用触媒としての機能を損なわない限り、他の原子団で置き換えても良く、例えば、それぞれ独立に、他のアルキル基、アルコキシ基、水素原子等であっても良い。下記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒は、それまでのギ酸製造用触媒と異なり、酸性条件下で高い活性を示すことが特徴である。これにより、製造したギ酸を、塩でなく遊離酸の形で利用できるため、操作の簡便性等の観点から好ましい。また、下記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒の製造方法も特に限定されないが、当業者であれば、本願明細書の記載および技術常識に基づいて容易に製造可能である。下記式(23)および(24)は、例えば、本発明のギ酸分解用触媒の製造方法に準じて製造しても良い。すなわち、例えば、下記式(23)のうち、アクア錯体は、[Cp*Ir(OH2)3]2+(Cp*はペンタメチルシクロペンタジエニル基)水溶液に、ビピリジン配位子を混合する方法で合成可能であり、ヒドリド錯体は、アクア錯体にギ酸またはH2を加えて生成させることができる。これらの製造方法は、下記文献(a)〜(c)等に詳細に記載されている。 The formic acid production catalyst used in the hydrogen storage and generation method or the formic acid production and decomposition apparatus is not particularly limited, and is described in, for example, the following documents (a) to (c) according to the inventors' invention. Formic acid production catalysts are preferred. This formic acid production catalyst is represented by the following formula (23) or (24). In the following formula (23), X 1 is H 2 O (water molecule) or H (hydrogen atom), Q is 3 when X 1 is H 2 O, and Q when X 1 is H. Is 2. R 100 and R 200 are each independently a hydrogen atom or a methoxy group. In the following formula (24), X 2 is H 2 O (water molecule) or H (hydrogen atom), T is 2 when X 2 is H 2 O, and T when X 2 is H. Is 1. R 300 and R 400 are each independently a hydrogen atom or a methoxy group. However, in the following formulas (23) and (24), X 1 , X 2 , R 100 , R 200 , R 300 and R 400 are replaced with other atomic groups as long as the function as a catalyst for producing formic acid is not impaired. For example, R 100 , R 200 , R 300 or R 400 may be another alkoxy group or an alkyl group. Further, in the pentamethylcyclopentadienyl group in the formula (23) or the hexamethylbenzene group in the formula (24), each methyl group is replaced with another atomic group unless the function as a catalyst for producing formic acid is impaired. For example, each may independently be another alkyl group, an alkoxy group, a hydrogen atom, or the like. The formic acid production catalyst represented by the following formulas (23) and (24) is characterized by high activity under acidic conditions, unlike conventional formic acid production catalysts. Thereby, since the manufactured formic acid can be utilized in the form of a free acid instead of a salt, it is preferable from the viewpoint of ease of operation. Further, the production method of the formic acid production catalyst represented by the following formulas (23) and (24) is not particularly limited, but those skilled in the art can easily produce it based on the description and technical common sense in the present specification. is there. The following formulas (23) and (24) may be produced, for example, according to the method for producing a formic acid decomposition catalyst of the present invention. That is, for example, in the following formula (23), the aqua complex is mixed with a bipyridine ligand in an aqueous solution of [Cp * Ir (OH 2 ) 3 ] 2+ (Cp * is a pentamethylcyclopentadienyl group). The hydride complex can be generated by adding formic acid or H 2 to the aqua complex. These production methods are described in detail in the following documents (a) to (c) and the like.

Figure 2010208927
Figure 2010208927

(a) Hideki Hayashi,Seiji Ogo,and Shunichi Fukuzumi,Chem. Commun. 2004, 2714−2715
(b) Seiji Ogo,Ryota Kabe,Hideki Hayashi,Ryosuke Harada and Shunichi Fukuzumi,Dalton Trans. 2006, 4657-4663
(c) Hideki Hayashi,Seiji Ogo,Tsutomu Abura,and Shunichi Fukuzumi,Journal of American Chemical Society, 2003, 125, 14266-14267
(a) Hideki Hayashi, Seiji Ogo, and Shunichi Fukuzumi, Chem. Commun. 2004, 2714−2715
(b) Seiji Ogo, Ryota Kabe, Hideki Hayashi, Ryosuke Harada and Shunichi Fukuzumi, Dalton Trans. 2006, 4657-4663
(c) Hideki Hayashi, Seiji Ogo, Tsutomu Abura, and Shunichi Fukuzumi, Journal of American Chemical Society, 2003, 125, 14266-14267

前記式(23)または(24)で表されるギ酸製造用触媒の製造方法の例示として、前記文献(b)に記載の方法を以下に記す。   As an example of the method for producing the catalyst for producing formic acid represented by the formula (23) or (24), the method described in the literature (b) is described below.

[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]2+(前記式(24)において、X2がH2O(水分子)、R300およびR400がメトキシ基、T=2のギ酸製造用触媒)の硫酸塩[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4は、以下のようにして製造できる。すなわち、まず、4,4’-ジメトキシ-2,2’-ビピリジン(105mg, 0.486mmol)を、[(η6-C6Me6)RuII(OH2)3]SO4(200mg, 0.484mmol)の水溶液(20cm3)に加える。この溶液を室温で24時間撹拌し、淡褐色の溶液を得る。微量の不純物を濾過により除き、濾液を減圧下でエバポレーションして、目的物の[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4を得る。それを真空乾燥して用いる([(η6-C6Me6)RuII(OH2)3]SO4に基づいて計算した収率98%)。以下に、[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4の機器分析値を示す。 [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4′-OMe-bpy) (OH 2 )] 2+ (In the above formula (24), X 2 is H 2 O (water molecule), R 300 And R 400 is a methoxy group, a catalyst for formic acid production with T = 2) [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4 It can be manufactured as follows. That is, first, 4,4′-dimethoxy-2,2′-bipyridine (105 mg, 0.486 mmol) was converted into [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (OH 2 ) 3 ] SO 4 (200 mg, 0.484 mmol). ) In an aqueous solution (20 cm 3 ). The solution is stirred at room temperature for 24 hours to give a light brown solution. Trace amounts of impurities were removed by filtration, and the filtrate was evaporated under reduced pressure to obtain the desired [[η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4 Get. It is used after vacuum drying (98% yield calculated on the basis of [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (OH 2 ) 3 ] SO 4 ). The instrumental analysis value of [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4′-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4 is shown below.

[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4
1H NMR(300MHz, H2O, 25℃)δ(TSP in D2O, ppm) 2.12(s, η6-C6(CH3)6, 18H), 4.08(s, OCH3, 6H), 7.42(dd, J=6.6, 2.6Hz, bpy, 2H), 7.86(d, J=2.6Hz, bpy, 2H), 8.91(d, J=6.6Hz, bpy, 2H).
[(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4 :
1 H NMR (300 MHz, H 2 O, 25 ° C) δ (TSP in D 2 O, ppm) 2.12 (s, η 6 -C 6 (CH 3 ) 6 , 18H), 4.08 (s, OCH 3 , 6H) , 7.42 (dd, J = 6.6, 2.6Hz, bpy, 2H), 7.86 (d, J = 2.6Hz, bpy, 2H), 8.91 (d, J = 6.6Hz, bpy, 2H).

また、この硫酸塩[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4(64.7mg, 0.10mmol)の水溶液(5cm3)にNaPF6(168mg,1.00mmol)の水溶液(1cm3)を加えると、橙色粉末状のヘキサフルオロリン酸塩[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](PF6)2が析出する。この粉末をメタノールで再結晶してヘキサフルオロリン酸塩[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](PF6)2の結晶を得る。以下に、このヘキサフルオロリン酸塩の元素分析値を示す。 Further, NaPF 6 was added to an aqueous solution (5 cm 3 ) of this sulfate [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4 (64.7 mg, 0.10 mmol). When (168 mg, 1.00 mmol) of an aqueous solution (1 cm 3 ) is added, orange powder hexafluorophosphate [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4′-OMe-bpy) (OH 2 )] (PF 6 ) 2 is precipitated. This powder is recrystallized with methanol to obtain crystals of hexafluorophosphate [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] (PF 6 ) 2 . The elemental analysis value of this hexafluorophosphate is shown below.

[(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](PF6)2
元素分析: [(η6-C6Me6)RuII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](PF6)2・H2O:C24H34N2F12O4P2Ru:理論値:C,35.79; H,4.25; N,3.48%. 観測値: C,35.85; H,4.31; N,3.44%.
[(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] (PF 6 ) 2 :
Elemental analysis: [(η 6 -C 6 Me 6 ) Ru II (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] (PF 6 ) 2 · H 2 O: C 24 H 34 N 2 F 12 O 4 P 2 Ru: Theoretical value: C, 35.79; H, 4.25; N, 3.48%. Observed value: C, 35.85; H, 4.31; N, 3.44%.

[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]2+(前記式(23)において、X1がH2O(水分子)、R100およびR200がメトキシ基、Q=2のギ酸製造用触媒)の硫酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4は、以下のようにして製造できる。すなわち、まず、4,4’-ジメトキシ-2,2’-ビピリジン(324mg, 1.50mmol)を、[Cp*IrIII(OH2)3]SO4(717mg, 1.50mmol)の水溶液(25cm3)に加える。この溶液を室温で12時間撹拌し、黄色溶液を得る。微量の沈殿を濾過により除き、濾液を減圧下でエバポレーションして目的物の[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4を得る。それを真空乾燥して用いる([Cp*IrIII(OH2)3]SO4に基づいて計算した収率96%)。以下に、[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4の機器分析値を示す。 [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) (OH 2)] in 2 + (Formula (23), X 1 is H 2 O (water molecules), R 100 and R 200 is a methoxy group, Q = 2 of sulfate formic acid catalyst for the production) [Cp * Ir III (4,4' -OMe-bpy) (OH 2)] sO 4 may be prepared as follows. That is, first, 4,4′-dimethoxy-2,2′-bipyridine (324 mg, 1.50 mmol) was added to an aqueous solution (25 cm 3 ) of [Cp * Ir III (OH 2 ) 3 ] SO 4 (717 mg, 1.50 mmol). Add to. The solution is stirred at room temperature for 12 hours to give a yellow solution. The precipitate traces removed by filtration, the filtrate the desired product was evaporated under reduced pressure [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) (OH 2)] to obtain a SO 4. It is used to vacuum drying ([Cp * Ir III (OH 2) 3] 96% yield calculated on the basis of SO 4). The instrumental analytical values are indicated below in [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) (OH 2)] SO 4.

[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4
1H NMR(300MHz, H2O, 25℃)δ(TSP in D2O, ppm): 1.67(s, η5-C5(CH3)5, 15H), 4.11(s, OCH3, 6H), 7.40(dd, J=6.6, 2.6Hz, bpy, 2H), 7.97(d, J=2.6Hz, bpy, 2H), 8.89(d, J=6.6Hz, bpy, 2H).
[Cp * Ir III (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4 :
1 H NMR (300 MHz, H 2 O, 25 ° C.) δ (TSP in D 2 O, ppm): 1.67 (s, η 5 -C 5 (CH 3 ) 5 , 15H), 4.11 (s, OCH 3 , 6H ), 7.40 (dd, J = 6.6, 2.6Hz, bpy, 2H), 7.97 (d, J = 2.6Hz, bpy, 2H), 8.89 (d, J = 6.6Hz, bpy, 2H).

また、この硫酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4の水溶液(1cm3)にトリフルオロメタンスルホン酸ナトリウムNaOTf(172mg, 1.5mmol)の水溶液(0.5cm3)を加えると、黄色粉末状のトリフルオロメタンスルホン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](OTf)2が析出する。この粉末を水で再結晶してトリフルオロメタンスルホン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](OTf)2の単結晶を得る。以下に、トリフルオロメタンスルホン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](OTf)2の元素分析値を示す。 Further, an aqueous solution (0.5 mg) of sodium trifluoromethanesulfonate NaOTf (172 mg, 1.5 mmol) was added to an aqueous solution (1 cm 3 ) of this sulfate [Cp * Ir III (4,4′-OMe-bpy) (OH 2 )] SO 4. the addition of cm 3), yellow powder trifluoromethanesulfonate [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) (OH 2)] (OTf) 2 is precipitated. This powder was recrystallized from water trifluoromethanesulfonate [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) (OH 2)] (OTf) obtaining a second single crystal. Hereinafter, trifluoromethanesulfonate [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) (OH 2)] (OTf) shows a second elemental analysis.

[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](OTf)2
元素分析: [Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)](OTf)2:C24H29N2F6O9S2Ir:理論値: C,33.53; H,3.40; N,3.26%. 観測値: C,33.47; H,3.36; N,3.37%.
[Cp * Ir III (4,4'-OMe-bpy) (OH 2 )] (OTf) 2 :
Elemental analysis: [Cp * Ir III (4,4' -OMe-bpy) (OH 2)] (OTf) 2: C 24 H 29 N 2 F 6 O 9 S 2 Ir: theoretical value: C, 33.53; H , 3.40; N, 3.26%. Observations: C, 33.47; H, 3.36; N, 3.37%.

[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]+(前記式(23)において、X1が水素原子(ヒドリド配位子)、R100およびR200がメトキシ基、Q=1のギ酸製造用触媒)のヘキサフルオロリン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]PF6は、以下のようにして製造できる。すなわち、まず、[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4(13.1mg, 20.0μmol)のクエン酸緩衝溶液(pH3.0, 20cm3, 淡黄色)にH2を吹き込みながら加圧条件(5.5MPa)に保つ。この条件下、40℃で12時間反応させ、[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]+の赤色溶液を得る。 [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) H] + ( In the above formula (23), X 1 is a hydrogen atom (hydride ligand), R 100 and R 200 is a methoxy group, Q = 1 of hexafluorophosphate [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) H] formic acid catalyst for the production) PF 6 can be produced as follows. That is, first, [Cp * Ir III (4,4' -OMe-bpy) (OH 2)] SO 4 (13.1mg, 20.0μmol) citrate buffer solution (pH 3.0, 20 cm 3, light yellow) to Maintain pressure condition (5.5 MPa) while blowing H 2 . Under this condition, the mixture is reacted at 40 ° C. for 12 hours to obtain a red solution of [Cp * Ir III (4,4′-OMe-bpy) H] + .

前記[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]+の赤色溶液(pH3.0水溶液)にNaPF6(16.7mg, 0.1mmol)を加えると、空気中で安定なヘキサフルオロリン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]PF6が、黄色粉末として析出する。これを真空乾燥して用いる([Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)(OH2)]SO4に基づいて計算した収率77%)。以下に、ヘキサフルオロリン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]PF6の機器分析値を示す。 The [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) H] + red solution (pH 3.0 aqueous solution) to NaPF 6 (16.7 mg, 0.1 mmol) the addition of a stable hexafluorophosphate in air salt [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) H] PF 6 is precipitated as a yellow powder. This is used to vacuum drying ([Cp * Ir III (4,4' -OMe-bpy) (OH 2)] 77% yield calculated on the basis of SO 4). Hereinafter, hexafluorophosphate [Cp * Ir III (4,4'- OMe-bpy) H] shows the instrumental analytical values of PF 6.

ヘキサフルオロリン酸塩[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]PF6
1H NMR(300MHz, DMSO-d6, 25℃)δ(TMS, ppm): -11.25(s, Ir-H, 1H), 1.79(s, η5-C5(CH3)5, 15H), 4.06(s, OCH3, 6H), 7.33(dd, J=6.6, 2.6Hz, bpy, 2H), 8.33(d, J=2.6Hz, bpy, 2H), 8.65(d, J=6.6Hz, bpy, 2H).
ESI-MS (in H2O), m/z 545.2 {[Cp*IrIII(4,4’-OMe-bpy)H]+; m/z 100-2000の範囲における相対強度(I)=100%}.
FT-IR(KBr, cm-1) 2030(Ir-H).
Hexafluorophosphate [Cp * Ir III (4,4'-OMe-bpy) H] PF 6 :
1 H NMR (300 MHz, DMSO-d 6 , 25 ° C) δ (TMS, ppm): -11.25 (s, Ir-H, 1H), 1.79 (s, η 5 -C 5 (CH 3 ) 5 , 15H) , 4.06 (s, OCH 3 , 6H), 7.33 (dd, J = 6.6, 2.6Hz, bpy, 2H), 8.33 (d, J = 2.6Hz, bpy, 2H), 8.65 (d, J = 6.6Hz, bpy, 2H).
ESI-MS (in H 2 O), m / z 545.2 {[Cp * Ir III (4,4'-OMe-bpy) H] + ; relative intensity (I) = 100 in the range m / z 100-2000 %}.
FT-IR (KBr, cm -1 ) 2030 (Ir-H).

さらに、前記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒の使用方法も特に限定されない。例えば、これら触媒を適宜な溶媒に溶解させ、その溶液中に水素および二酸化炭素を供給して触媒反応させ、ギ酸を製造することができる。したがって、例えば、適切な容器に前記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒の溶液を充填することで、本発明のギ酸製造および分解用装置におけるギ酸製造部を構築することもできる。前記溶媒は特に限定されず、例えば水または有機溶媒を用いることが可能であり、単独でも混合溶媒でも良い。前記溶媒は、前記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒の溶解度、反応の簡便性、水素および二酸化炭素の反応性等の観点から、水が特に好ましい。前記触媒反応における反応温度は特に限定されないが、例えば4〜100℃、好ましくは10〜80℃、特に好ましくは20〜60℃である。反応時間も特に限定されないが、例えば1〜80分、好ましくは2〜30分、特に好ましくは2〜10分である。反応系における水素(H2)の内圧は、特に限定されないが、例えば0.1〜10MPa、好ましくは0.1〜8MPa、特に好ましくは0.1〜6MPaである。二酸化炭素(CO2)の内圧も特に限定されないが、例えば0.1〜10MPa、好ましくは0.1〜8MPa、特に好ましくは0.1〜6MPaである。前記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒の使用方法については、前記文献(a)〜(c)等に詳しく記載されているが、当業者であれば、本明細書の記載および技術常識から容易に実施可能である。 Furthermore, the method for using the formic acid production catalyst represented by the formulas (23) and (24) is not particularly limited. For example, formic acid can be produced by dissolving these catalysts in an appropriate solvent and supplying hydrogen and carbon dioxide into the solution to cause a catalytic reaction. Therefore, for example, the formic acid production section in the formic acid production and decomposition apparatus of the present invention is constructed by filling a suitable container with the solution of the formic acid production catalyst represented by the above formulas (23) and (24). You can also. The said solvent is not specifically limited, For example, water or an organic solvent can be used, and it may be individual or a mixed solvent. The solvent is particularly preferably water from the viewpoints of the solubility of the formic acid production catalyst represented by the formulas (23) and (24), the simplicity of the reaction, the reactivity of hydrogen and carbon dioxide, and the like. Although the reaction temperature in the said catalytic reaction is not specifically limited, For example, 4-100 degreeC, Preferably it is 10-80 degreeC, Most preferably, it is 20-60 degreeC. Although the reaction time is not particularly limited, for example, it is 1 to 80 minutes, preferably 2 to 30 minutes, particularly preferably 2 to 10 minutes. The internal pressure of hydrogen (H 2 ) in the reaction system is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 10 MPa, preferably 0.1 to 8 MPa, and particularly preferably 0.1 to 6 MPa. The internal pressure of carbon dioxide (CO 2 ) is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 10 MPa, preferably 0.1 to 8 MPa, and particularly preferably 0.1 to 6 MPa. The method for using the formic acid production catalyst represented by the above formulas (23) and (24) is described in detail in the above-mentioned documents (a) to (c) and the like. It can be easily implemented from the description and technical common sense.

前記式(23)および(24)で表されるギ酸製造用触媒の使用方法の一例として、前記文献(b)に記載されている、酸性水溶液中におけるCO2の触媒的水素化方法を記す。すなわち、まず、反応容器(耐圧容器)として、Parr社のBenchTop Micro Reactor(商品名、シリンダー容積50cm3)を準備する。この反応容器の材質は、Hastelloy(Haynes International, Inc. の登録商標)と呼ばれる合金である。つぎに、前記式(23)または(24)で表されるギ酸製造用触媒(20.0μmol)を、pH3.0のクエン酸緩衝液(20cm3)に溶かし、前記耐圧容器中に封入する。そして、前記溶液を40℃に加熱し、CO2およびH2を適宜吹き込んで加圧し、適切な時間反応させる。容器内圧を常圧に戻した後、前記溶液を氷浴で手早く冷やす。ギ酸HCOOHの生成は、例えば、D2O中においてTSP(重水素化3-(トリメチルシリル)プロピオン酸ナトリウム、(CH3)3Si(CD2)2CO2Na)を内部標準とした1H NMR測定により確認することができる。 As an example of the method for using the formic acid production catalyst represented by the above formulas (23) and (24), the method for catalytic hydrogenation of CO 2 in an acidic aqueous solution described in the above-mentioned document (b) will be described. That is, first, a Parr BenchTop Micro Reactor (trade name, cylinder volume 50 cm 3 ) is prepared as a reaction vessel (pressure vessel). The material of the reaction vessel is an alloy called Hastelloy (registered trademark of Haynes International, Inc.). Next, the formic acid production catalyst (20.0 μmol) represented by the above formula (23) or (24) is dissolved in a citrate buffer solution (20 cm 3 ) of pH 3.0 and sealed in the pressure vessel. Then, the solution is heated to 40 ° C., and CO 2 and H 2 are appropriately blown and pressurized to react for an appropriate time. After returning the internal pressure of the container to normal pressure, the solution is quickly cooled in an ice bath. Formic acid HCOOH is produced, for example, by 1 H NMR using TSP (deuterated sodium 3- (trimethylsilyl) propionate, (CH 3 ) 3 Si (CD 2 ) 2 CO 2 Na) as an internal standard in D 2 O. It can be confirmed by measurement.

以下、本発明の実施例について説明する。しかし、本発明は、以下の実施例のみには限定されない。   Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.

[測定条件等]
下記実施例において、反応の追跡は紫外可視吸収スペクトル、ESI-Mass、GCおよび1H-NMRにより行なった。全ての化学物質は試薬級である。cis-ビス(2,2’-ビピリジン)ジクロロルテニウムRu(bpy)2Cl2の2水和物は、Strem Chemicals社から購入した。2,2’-ビピリミジンは、Aldrich社から購入した。ギ酸は、和光純薬工業株式会社から購入した。紫外可視吸収スペクトル(UV-Vis.スペクトル)測定は、島津製作所の機器(商品名UV-3100PC)を用いて行った。蛍光スペクトル測定には、島津製作所の機器(商品名RF-5300PC)を用いた。ESI-MSデータは、API-150EX mass spectrometer (商品名、PE-Sciex社製)を用い、イオンスプレーインターフェースを装備してpositive detection modeで収集した。スプレー装置は、電圧を+5.0kVに保ち、液体噴霧の補助には、加圧N2を用いた。1H-NMR測定は、日本電子(JEOL)社の機器 核磁気共鳴分光測定装置(商品名JNM-AL300、1H-NMR測定時300.4MHz)を用いた。13C-NMR測定は、Varian社の機器 核磁気共鳴分光測定装置(商品名UNITY INOVA600、13C-NMR測定時599.9MHz)を用いた。GC分析には、島津製作所の機器(商品名GC-14B)、及び水素同位体ガス分離カラム(商品名Hydro Isopack(2.0m, 4.0mm i.d., GTR TEC Co., Ltd.)を備えた島津製作所のガスクロマトグラフ(商品名GC-8A)を用いた。過渡吸収スペクトルは、レーザーフラッシュフォトリシス法により観測した。フェムトおよびナノ秒レーザーフラッシュフォトリシス測定は、フェムトおよびナノ秒時間分解分光測定装置(ユニソク社製)を用いた。元素分析には、柳本製作所の商品名CHN-Corder(MT-2型)を用いた。ギ酸分解反応における水素発生量は、発生した気体を5mol/L NaOH水に通して二酸化炭素を除き、残った水素のみを水上置換法でメスシリンダー内に捕集して測定した。
[Measurement conditions]
In the following examples, the reaction was traced by UV-visible absorption spectrum, ESI-Mass, GC and 1 H-NMR. All chemicals are reagent grade. Cis-bis (2,2′-bipyridine) dichlororuthenium Ru (bpy) 2 Cl 2 dihydrate was purchased from Strem Chemicals. 2,2′-Bipyrimidine was purchased from Aldrich. Formic acid was purchased from Wako Pure Chemical Industries. The ultraviolet-visible absorption spectrum (UV-Vis. Spectrum) measurement was performed using Shimadzu Corporation equipment (trade name UV-3100PC). Shimadzu equipment (trade name RF-5300PC) was used for fluorescence spectrum measurement. ESI-MS data was collected in positive detection mode using an API-150EX mass spectrometer (trade name, manufactured by PE-Sciex) equipped with an ion spray interface. The spray device maintained the voltage at +5.0 kV, and pressurized N 2 was used to assist the liquid spray. For the 1 H-NMR measurement, a device nuclear magnetic resonance spectrometer (trade name JNM-AL300, 300.4 MHz at the time of 1 H-NMR measurement) manufactured by JEOL Ltd. was used. For the 13 C-NMR measurement, an instrument nuclear magnetic resonance spectrometer (trade name UNITY INOVA600, 599.9 MHz at the time of 13 C-NMR measurement) manufactured by Varian was used. For GC analysis, Shimadzu Corporation equipped with Shimadzu equipment (trade name GC-14B) and hydrogen isotope gas separation column (trade name Hydro Isopack (2.0m, 4.0mm id, GTR TEC Co., Ltd.) The transient absorption spectrum was observed by the laser flash photolysis method, and the femto and nanosecond laser flash photolysis measurement was performed using a femto and nanosecond time-resolved spectrometer (Unisoku). For the elemental analysis, the product name CHN-Corder (MT-2 type) of Yanagimoto Seisakusho was used for the elemental analysis.The amount of hydrogen generated in the formic acid decomposition reaction was passed through 5 mol / L NaOH water. Carbon dioxide was removed, and only the remaining hydrogen was collected in a measuring cylinder by the water displacement method and measured.

[錯体製造例1:複核金属錯体(アクア錯体)の製造]
以下のようにして、本発明の化合物(複核金属錯体)であるイリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)を製造(合成)した。すなわち、まず、水(20ml)に、市販試薬であるビス(2,2’-ビピリジン)ジクロロルテニウムRu(bpy)2Cl2の2水和物(3.1g、6mmol、Strem Chemicals社製)を加えて水溶液とし、これにAg2SO4(1.87g、6mmol)を加えて室温で12時間攪拌した。沈殿物AgClをガラスフィルター(G4)でろ別し、ろ液をメンブランフィルター(ADVANTEC社、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製)を通してさらにろ過し、ろ液を減圧下で水分を除去して空気中で安定な赤色固体の[Ru(bpy)2(H2O)2]2+の硫酸(SO4 2-)塩を得た。ルテニウムアクア錯体[Ru(bpy)2(H2O)2]2+の硫酸塩(0.6g、1.1mmol)を、水40mLに溶解させ、水溶液とした。この溶液中に1当量の2,2’-ビピリミジン(Johnson Matthey社製)を加えると、ただちに[Ru(bpy)2(H2O)2]2+と反応し、架橋型配位子を有するルテニウム錯体[Ru(bpy)2bpm]2+(bpm=2,2’-ビピリミジン)の水溶液が得られた。さらに、この水溶液から水を留去(エバポレーションにより除去)し、[Ru(bpy)2bpm]2+の硫酸塩(bpm=2,2’-ビピリミジン)を単離した。以下に、[Ru(bpy)2(H2O)2]2+硫酸塩および[Ru(bpy)2bpm]2+硫酸塩の機器分析データを示す。
[Complex production example 1: Production of binuclear metal complex (aqua complex)]
In the following manner, an iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8), which is a compound of the present invention (binuclear metal complex), was produced (synthesized). That is, first, commercially available reagent bis (2,2′-bipyridine) dichlororuthenium Ru (bpy) 2 Cl 2 dihydrate (3.1 g, 6 mmol, manufactured by Strem Chemicals) was added to water (20 ml). To this was added Ag 2 SO 4 (1.87 g, 6 mmol), and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. The precipitate AgCl is filtered off with a glass filter (G4), the filtrate is further filtered through a membrane filter (ADVANTEC, PTFE (polytetrafluoroethylene)), and the filtrate is dehydrated under reduced pressure in the air. A stable red solid [Ru (bpy) 2 (H 2 O) 2 ] 2+ sulfate (SO 4 2− ) salt was obtained. A ruthenium aqua complex [Ru (bpy) 2 (H 2 O) 2 ] 2+ sulfate (0.6 g, 1.1 mmol) was dissolved in 40 mL of water to obtain an aqueous solution. When 1 equivalent of 2,2'-bipyrimidine (Johnson Matthey) is added to this solution, it immediately reacts with [Ru (bpy) 2 (H 2 O) 2 ] 2+ and has a bridging ligand An aqueous solution of ruthenium complex [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ (bpm = 2,2′-bipyrimidine) was obtained. Furthermore, water was distilled off from this aqueous solution (removed by evaporation), and [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ sulfate (bpm = 2,2′-bipyrimidine) was isolated. The instrumental analysis data of [Ru (bpy) 2 (H 2 O) 2 ] 2+ sulfate and [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ sulfate are shown below.

ルテニウムアクア錯体の硫酸塩 [Ru(bpy)2(H2O)2]SO4:
1H-NMR (D2O, 298K)δ(TSP, ppm) 7.06(t, J=7Hz, 2H, bpy), 7.70(d, J=6Hz, 2H, bpy), 7.74(t, J=8Hz, 2H, bpy), 7.88(t, J=7Hz, 2H, bpy), 8.23(t, J=8 Hz, 2H, bpy), 8.34(d, J=8Hz, 2H, bpy), 8.56(d, J=8Hz, 2H, bpy), 9.36(d, J=5Hz, 2H, bpy) 13C-NMR (D2O, 298K)δ(TSP, ppm) 126.09, 126.26, 128.43, 129.73, 138.62, 140.28, 154.43, 157.23, 161.13, 163.37
UV-Vis. (nm): 243, 290, 339, 481, 647(sh)
元素分析: [Ru(bpy)2(H2O)2]SO4・H2O: C20H22N4O7SRu; 理論値: C, 42.63; H, 3.93; N, 9.94. 観測値: C, 42.53; H, 3.67; N, 9.95.
質量分析(ESI-MS): m/z [M -2H2O -SO4 +PF6]+ 559.0 理論値 C20H16N4F6PRu 559.0
Ruthenium Aqua Complex Sulfate [Ru (bpy) 2 (H 2 O) 2 ] SO 4 :
1 H-NMR (D 2 O, 298K) δ (TSP, ppm) 7.06 (t, J = 7Hz, 2H, bpy), 7.70 (d, J = 6Hz, 2H, bpy), 7.74 (t, J = 8Hz , 2H, bpy), 7.88 (t, J = 7Hz, 2H, bpy), 8.23 (t, J = 8 Hz, 2H, bpy), 8.34 (d, J = 8Hz, 2H, bpy), 8.56 (d, J = 8Hz, 2H, bpy), 9.36 (d, J = 5Hz, 2H, bpy) 13 C-NMR (D 2 O, 298K) δ (TSP, ppm) 126.09, 126.26, 128.43, 129.73, 138.62, 140.28, 154.43, 157.23, 161.13, 163.37
UV-Vis. (Nm): 243, 290, 339, 481, 647 (sh)
Elemental analysis: [Ru (bpy) 2 (H 2 O) 2 ] SO 4・ H 2 O: C 20 H 22 N 4 O 7 SRu; Theoretical value: C, 42.63; H, 3.93; N, 9.94. : C, 42.53; H, 3.67; N, 9.95.
Mass spectrometry (ESI-MS): m / z [M -2H 2 O -SO 4 + PF 6 ] + 559.0 Theoretical value C 20 H 16 N 4 F 6 PRu 559.0

ルテニウム錯体の硫酸塩 [Ru(bpy)2bpm]SO4:
1H-NMR (D2O, 298K)δ(TSP, ppm) 7.41(t, J=7Hz, 2H, bpy), 7.45(t, J=7Hz, 2H, bpy), 7.60(t, J=5Hz, 2H, bpm), 7.80(d, J=5Hz, 2H, bpy), 7.94(d, J=5Hz, 2H, bpy), 8.09(t, J=8Hz, 2H, bpy), 8.12(t, J=8Hz, 2H, bpy), 8.24(dd, J=6, 2Hz, 2H, bpm), 8.57(d, J=8Hz, 2H, bpy), 8.58(d, J=7Hz, 2H, bpy), 9.09(dd, J=5, 2Hz, 2H, bpm)13C-NMR (D2O, 298K)δ(TSP, ppm) 124.40 (bpy), 124.44 (bpy), 124.51 (bpm), 127.48 (bpy), 127.65 (bpy), 138.39 (bpy), 138.53 (bpy), 151.72 (bpy), 151.89 (bpy), 157.04 (bpy), 157.09 (bpy), 157.70 (bpm), 159.98 (bpm), 163.11 (bpm)
UV-Vis. (nm): 244, 283, 415
元素分析: [Ru(bpy)2bpm]SO4・4H2O: C28H30N8O8SRu; 理論値: C, 45.46; H, 4.09; N, 15.15. 観測値: C, 45.39; H, 4.06; N, 15.36.
質量分析(ESI-MS): m/z [M -SO4 +PF6]+ 717.0 理論値 C28H22N8F6PRu 717.1
Ruthenium sulfate [Ru (bpy) 2 bpm] SO 4 :
1 H-NMR (D 2 O, 298K) δ (TSP, ppm) 7.41 (t, J = 7Hz, 2H, bpy), 7.45 (t, J = 7Hz, 2H, bpy), 7.60 (t, J = 5Hz , 2H, bpm), 7.80 (d, J = 5Hz, 2H, bpy), 7.94 (d, J = 5Hz, 2H, bpy), 8.09 (t, J = 8Hz, 2H, bpy), 8.12 (t, J = 8Hz, 2H, bpy), 8.24 (dd, J = 6, 2Hz, 2H, bpm), 8.57 (d, J = 8Hz, 2H, bpy), 8.58 (d, J = 7Hz, 2H, bpy), 9.09 (dd, J = 5, 2Hz, 2H, bpm) 13 C-NMR (D 2 O, 298K) δ (TSP, ppm) 124.40 (bpy), 124.44 (bpy), 124.51 (bpm), 127.48 (bpy), 127.65 (bpy), 138.39 (bpy), 138.53 (bpy), 151.72 (bpy), 151.89 (bpy), 157.04 (bpy), 157.09 (bpy), 157.70 (bpm), 159.98 (bpm), 163.11 (bpm)
UV-Vis. (Nm): 244, 283, 415
Elemental analysis: [Ru (bpy) 2 bpm] SO 4 · 4H 2 O: C 28 H 30 N 8 O 8 SRu; Theoretical value: C, 45.46; H, 4.09; N, 15.15. Observed value: C, 45.39; H, 4.06; N, 15.36.
Mass spectrometry (ESI-MS): m / z [M -SO 4 + PF 6 ] + 717.0 Theoretical C 28 H 22 N 8 F 6 PRu 717.1

一方、有機金属イリジウムアクア錯体[Cp*Ir(H2O)3]2+の硫酸(SO4 2-)塩を、Ogo, S.; Makihara, N.; Watanabe, Y., Organometallics 1999, 18, 5470-5474.およびOgo, S.; Nakai, H.; Watanabe, Y., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 597 -601.に記載の方法にしたがって合成し、単離した。なお、Cp*は、ペンタメチルシクロペンタジエニル基を示す。合成および単離の操作は、具体的には以下の通りである。すなわち、まず、市販試薬であるペンタメチルシクロペンタジエニルジクロロイリジウムダイマー[Cp*IrCl2]2 (2.4g、3mmol、Strem Chemicals, Inc.)の懸濁水溶液(20mL)にAg2SO4(1.87g、6mmol)を加えて室温で12時間攪拌した。そして、沈殿物AgClをガラスフィルターでろ別し、ろ液をメンブランフィルター(ADVANTEC社 PTFE製)を通してさらにろ過し、ろ液を減圧下で水分を除去して空気中で安定な黄色固体の[Cp*Ir(H2O)3]2+SO4を得た。なお、生成物の機器分析値を、前記文献Ogo, S.; Makihara, N.; Watanabe, Y., Organometallics 1999, 18, 5470-5474.およびOgo, S.; Nakai, H.; Watanabe, Y., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 597-601.に記載の値と比較し、有機金属イリジウムアクア錯体[Cp*Ir(H2O)3]2+を確認した。すなわち、生成物[Cp*Ir(H2O)3]2+SO4の機器分析値は下記の通りであり、前記文献に記載の値と良い一致を示した。 On the other hand, sulfuric acid (SO 4 2- ) salt of organometallic iridium aqua complex [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ was converted to Ogo, S .; Makihara, N .; Watanabe, Y., Organometallics 1999, 18 , 5470-5474. And Ogo, S .; Nakai, H .; Watanabe, Y., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 597-601. Cp * represents a pentamethylcyclopentadienyl group. The operation of synthesis and isolation is specifically as follows. That is, first, Ag 2 SO 4 (1.87) was added to a suspension solution (20 mL) of pentamethylcyclopentadienyldichloroiridium dimer [Cp * IrCl 2 ] 2 (2.4 g, 3 mmol, Strem Chemicals, Inc.), which is a commercially available reagent. g, 6 mmol) was added and stirred at room temperature for 12 hours. Then, the precipitate AgCl is filtered off with a glass filter, the filtrate is further filtered through a membrane filter (manufactured by ADVANTEC PTFE), and the filtrate is dehydrated under reduced pressure to remove a stable yellow solid [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ SO 4 was obtained. In addition, the instrumental analysis values of the products are described in the above documents Ogo, S .; Makihara, N .; Watanabe, Y., Organometallics 1999, 18, 5470-5474. And Ogo, S .; Nakai, H .; Watanabe, Y Compared with the values described in J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 597-601., Organometallic iridium aqua complex [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ was confirmed. That is, the instrumental analysis values of the product [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ SO 4 are as follows, which is in good agreement with the values described in the above literature.

[Cp*Ir(H2O)3]2+SO4
1H NMR(D2O, pH2.3, 25℃)δ(DSS, ppm): 1.61 (s; Cp*).
1H NMR(DMSO-d6, 25℃)δ(DMSO-d6の残水素を2.50ppmとして参照): 1.68(s; Cp*), 3.31(br; H2O).
13C NMR (D2O, pH2.3, 25℃)δ(DSS, ppm) 11.09(s; η5-C5(CH3)5), 86.94(s; η5-C 5(CH3)5).
元素分析:[Cp*Ir(H2O)3]2+SO4: C10H21Ir1O7S1; 理論値: C, 25.15; H, 4.43. 観測値: C, 25.39; H, 4.48.
[Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ SO 4 :
1 H NMR (D 2 O, pH 2.3, 25 ° C.) δ (DSS, ppm): 1.61 (s; Cp * ).
1 H NMR (DMSO-d 6 , 25 ° C.) δ (see DMSO-d 6 residual hydrogen as 2.50 ppm): 1.68 (s; Cp * ), 3.31 (br; H 2 O).
13 C NMR (D 2 O, pH 2.3, 25 ° C) δ (DSS, ppm) 11.09 (s; η 5 -C 5 ( C H 3 ) 5 ), 86.94 (s; η 5 - C 5 (CH 3 ) 5 ).
Elemental analysis: [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ SO 4 : C 10 H 21 Ir 1 O 7 S 1 ; Theoretical value: C, 25.15; H, 4.43. Observed value: C, 25.39; H, 4.48.

さらに、前記の通り合成および単離した[Ru(bpy)2bpm]2+硫酸塩を1当量の有機金属イリジウムアクア錯体[Cp*Ir(H2O)3]2+と水中において室温で反応させ、目的のイリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)を得た(下記スキーム1)。なお、下記スキーム1において、式(101)は、[Ru(bpy)2bpm]2+を示し、式(102)は、[Cp*Ir(H2O)3]2+を示す。 Furthermore, [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ sulfate synthesized and isolated as described above reacts with 1 equivalent of organometallic iridium aqua complex [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ in water at room temperature. The target iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8) was obtained (Scheme 1 below). In the following scheme 1, Formula (101) represents [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ , and Formula (102) represents [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ .

Figure 2010208927
Figure 2010208927

前記スキーム1の操作は、具体的には以下の通り行った。すなわち、まず、前記[Ru(bpy)2bpm]2+の硫酸塩(162.7mg、0.22mmol)を、水10mLに溶解させ、水溶液とした。一方、有機金属イリジウムアクア錯体[Cp*Ir(H2O)3]2+の硫酸塩(105.1mg、0.22mmol)を、水10mLに溶解させ、水溶液とした。これら2つの水溶液を混合すると、直ちに反応が起こり、イリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)の水溶液が得られた。そして、この水溶液から水を留去してイリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)の硫酸塩を単離し、1H-NMR、UV-Vis.およびESI-MSにより構造を確認した。1H-NMR測定用溶媒としては、重水(D2O)を用い、TSP-d4(トリメチルシリルプロピオン酸ナトリウム)を基準物質とした。UV-Vis.測定溶媒としては、水を用いた。ESI-MS測定用溶媒としては、メタノールを用いた。図5に、アクア錯体(8)のESI-MSスペクトル図の一部を示す。図示の通り、このESI-MSスペクトルでは、アクア錯体(8)の配位子である水分子(アクア配位子)がメトキシドイオンに置換されたメトキシド錯体(11)[Ru(bpy)2bpmIrCp*(OCH3)SO4]+が、m/zが最大(m/z=1027)となる親イオンピークとして観測された。水溶性のイリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)の硫酸塩は吸湿性であるので、イリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)の硫酸塩水溶液に対してヘキサフルオロリン酸カリウム(東京化成工業株式会社製)の飽和水溶液を数滴滴下し、対イオン交換によって水に難溶なイリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)のヘキサフルオロリン酸塩として沈殿する暗緑色固体を吸引ろ過した後に真空乾燥し、これを元素分析に供した。また、以下に、前記1H-NMR、UV-Vis.、質量分析、元素分析の測定結果を示す。 Specifically, the operation of Scheme 1 was performed as follows. That is, first, the [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ sulfate (162.7 mg, 0.22 mmol) was dissolved in 10 mL of water to obtain an aqueous solution. On the other hand, an organometallic iridium aqua complex [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ sulfate (105.1 mg, 0.22 mmol) was dissolved in 10 mL of water to obtain an aqueous solution. When these two aqueous solutions were mixed, a reaction immediately occurred, and an aqueous solution of iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8) was obtained. Then, water was distilled off from this aqueous solution to isolate the iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8) sulfate, and the structure was confirmed by 1 H-NMR, UV-Vis. And ESI-MS. As a solvent for 1 H-NMR measurement, heavy water (D 2 O) was used, and TSP-d 4 (sodium trimethylsilylpropionate) was used as a reference substance. Water was used as a solvent for measurement of UV-Vis. Methanol was used as a solvent for ESI-MS measurement. FIG. 5 shows a part of the ESI-MS spectrum diagram of the aqua complex (8). As shown in the figure, in this ESI-MS spectrum, a methoxide complex (11) [Ru (bpy) 2 bpmIrCp in which a water molecule (aqua ligand), which is a ligand of the aqua complex (8), is substituted with a methoxide ion. * (OCH 3 ) SO 4 ] + was observed as the parent ion peak with the maximum m / z (m / z = 1027). Since the sulfate of the water-soluble iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8) is hygroscopic, potassium hexafluorophosphate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) is added to the sulfate aqueous solution of the iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8). A few drops of a saturated aqueous solution (made by the company) was dropped, and the dark green solid precipitated as hexafluorophosphate of the iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8), which is sparingly soluble in water by counterion exchange, was vacuum filtered and then vacuum dried This was subjected to elemental analysis. The measurement results of the 1 H-NMR, UV-Vis., Mass spectrometry, and elemental analysis are shown below.

イリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8): [Ru(bpy)2bpmIrCp*(OH2)](SO4)2:
1H-NMR (D2O, 298K)δ(TSP, ppm) 1.71(s, 15H, Cp*), 7.42(t, J=7Hz, 2H, bpm), 7.50(t, J=7Hz, 1H, bpy), 7.55(t, J=7Hz, 1H, bpy), 7.70(d, J=5Hz, 1H, bpy), 7.75(d, J=7Hz, 1H, bpy), 7.95(t, J=6Hz, 1H, bpy), 7.97(t, J=6Hz, 1H, bpy), 8.09-8.14(m, 5H, bpm, bpy), 8.18(t, J=8Hz, 1H, bpy), 8.47(d, J=5Hz, 1H, bpy), 8.53(d, J=6Hz, 1H, bpy), 8.54-8.62(m, 4H, bpm, bpy), 9.45(td, J=5, 2Hz, 2H, bpm)
13C-NMR (D2O, 298K)δ(TSP, ppm) 10.97 (CH3), 93.54 (η5-C 5(CH3)5), 127.26, 127.31, 127.39, 127.58, 130.00, 130.25, 130.32, 130.52, 130.79, 131.03, 154.49, 154.61, 155.15, 156.31, 159.03, 159.75, 159.76, 159.88, 160.20, 160.49, 164.56, 164.77, 169.08, 169.23
UV-Vis. (nm): 246, 279, 412, 575
元素分析: [Ru(bpy)2bpmIrCp*(OH2)](PF6)4: C38H39N8OF24P4RuIr; 理論値: C,
30.49; H, 2.63; N, 7.49. 観測値: C, 30.28; H, 2.58; N, 7.52.
質量分析 (ESI-MS): m/z [M -SO4 +CH3O]+ 1027.0 理論値 C28H22N8F6PRu 1027.2
Iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8): [Ru (bpy) 2 bpmIrCp * (OH 2 )] (SO 4 ) 2 :
1 H-NMR (D 2 O, 298K) δ (TSP, ppm) 1.71 (s, 15H, Cp * ), 7.42 (t, J = 7Hz, 2H, bpm), 7.50 (t, J = 7Hz, 1H, bpy), 7.55 (t, J = 7Hz, 1H, bpy), 7.70 (d, J = 5Hz, 1H, bpy), 7.75 (d, J = 7Hz, 1H, bpy), 7.95 (t, J = 6Hz, 1H, bpy), 7.97 (t, J = 6Hz, 1H, bpy), 8.09-8.14 (m, 5H, bpm, bpy), 8.18 (t, J = 8Hz, 1H, bpy), 8.47 (d, J = 5Hz, 1H, bpy), 8.53 (d, J = 6Hz, 1H, bpy), 8.54-8.62 (m, 4H, bpm, bpy), 9.45 (td, J = 5, 2Hz, 2H, bpm)
13 C-NMR (D 2 O, 298K) δ (TSP, ppm) 10.97 ( C H 3 ), 93.54 (η 5 - C 5 (CH 3 ) 5 ), 127.26, 127.31, 127.39, 127.58, 130.00, 130.25, 130.32, 130.52, 130.79, 131.03, 154.49, 154.61, 155.15, 156.31, 159.03, 159.75, 159.76, 159.88, 160.20, 160.49, 164.56, 164.77, 169.08, 169.23
UV-Vis. (Nm): 246, 279, 412, 575
Elemental analysis: [Ru (bpy) 2 bpmIrCp * (OH 2 )] (PF 6 ) 4 : C 38 H 39 N 8 OF 24 P 4 RuIr; Theoretical value: C,
30.49; H, 2.63; N, 7.49. Observations: C, 30.28; H, 2.58; N, 7.52.
Mass spectrometry (ESI-MS): m / z [M -SO 4 + CH 3 O] + 1027.0 Theoretical C 28 H 22 N 8 F 6 PRu 1027.2

なお、[Ru(bpy)2bpm]2+水溶液(1.2×10-3mol/L)に[Cp*Ir(H2O)3]2+を加えた際のUV-Vis.スペクトルを、[Cp*Ir(H2O)3]2+の濃度を0〜1.7×10-3mol/Lまで種々変化させて測定した。光路長は1mmであった。図6のグラフに、そのUV-Vis.スペクトル図を示す。図の縦軸は吸光度であり、横軸は波長である。図中の曲線は、種々の[Cp*Ir(H2O)3]2+濃度におけるUV-Vis.スペクトルを示し、矢印は、[Cp*Ir(H2O)3]2+濃度の増加に伴う各吸収帯の吸光度の増加または減少の様子を示す。図示の通り、吸収極大波長412nmおよび575nmの吸収帯は、[Cp*Ir(H2O)3]2+濃度の増加に伴い吸光度が増加し、極大吸収波長470nmの吸収帯は、[Cp*Ir(H2O)3]2+濃度の増加に伴い逆に吸光度が減少した。しかし、いずれの吸収帯も、[Cp*Ir(H2O)3]2+の濃度が1.2×10-3Mすなわち[Ru(bpy)2bpm]2+に対し1当量を超えてからは、変化が見られなかった。さらに、図6挿入図のグラフに、同図における波長575nmの吸光度と、[Cp*Ir(H2O)3]2+/[Ru(bpy)2bpm]2+の濃度比すなわち物質量比([Ir]/[Ru])を示す。同図縦軸は波長575nmの吸光度であり、横軸は[Ir]/[Ru]である。同図に示す通り、波長575nmの吸光度は、[Cp*Ir(H2O)3]2+の濃度が1.2×10-3mol/Lすなわち[Ru(bpy)2bpm]2+に対し1当量までは[Cp*Ir(H2O)3]2+の濃度に比例して増加したが、それ以上の[Cp*Ir(H2O)3]2+濃度では変化しなかった。このことからも、[Ru(bpy)2bpm]2+と[Cp*Ir(H2O)3]2+が水溶液中において1:1の物質量比で反応して複核錯体を形成したことが示された。 In addition, UV-Vis. Spectrum when [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ was added to [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ aqueous solution (1.2 × 10 -3 mol / L) Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ concentration was measured with various changes from 0 to 1.7 × 10 −3 mol / L. The optical path length was 1 mm. The UV-Vis. Spectrum diagram is shown in the graph of FIG. In the figure, the vertical axis represents absorbance, and the horizontal axis represents wavelength. The curve in the figure shows the UV-Vis. Spectrum at various [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ concentrations, and the arrow indicates the increase in [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ concentration. The state of the increase or decrease in the absorbance of each absorption band is shown. As shown in the figure, the absorption bands at the absorption maximum wavelengths of 412 nm and 575 nm increase in absorbance as the concentration of [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ increases, and the absorption band at the maximum absorption wavelength of 470 nm is [Cp * On the contrary, the absorbance decreased with increasing Ir (H 2 O) 3 ] 2+ concentration. However, in any of the absorption bands, after the concentration of [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ exceeds 1 equivalent to 1.2 × 10 −3 M, that is, [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ No change was seen. Furthermore, the graph in the inset of FIG. 6 shows the absorbance at the wavelength of 575 nm and the concentration ratio of [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ / [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ , that is, the substance amount ratio. ([Ir] / [Ru]). In the figure, the vertical axis represents absorbance at a wavelength of 575 nm, and the horizontal axis represents [Ir] / [Ru]. As shown in the figure, the absorbance at a wavelength of 575 nm is 1 for [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ concentration of 1.2 × 10 −3 mol / L, that is, [Ru (bpy) 2 bpm] 2+. until equivalent was increased in proportion to the concentration of [Cp * Ir (H 2 O ) 3] 2+ , but did not change at higher [Cp * Ir (H 2 O ) 3] 2+ concentration. This indicates that [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ and [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ reacted at a 1: 1 mass ratio in aqueous solution to form a binuclear complex. It has been shown.

なお、[Ru(bpy)2bpm]2+水溶液(2.0×10-4mol/L)に[Cp*Ir(H2O)3]2+を1当量加えた際の[Ru(bpy)2bpm]2+の発光スペクトルを測定した。測定は1cm角4面透明石英セルを用いた。図7のグラフに、その発光スペクトル変化図を示す。図の縦軸は発光強度であり、横軸は波長である。図中の上側の曲線は、[Ru(bpy)2bpm]2+の発光スペクトルを示し、下側の曲線は、[Cp*Ir(H2O)3]2+を1当量加えた後の発光スペクトルを示す。矢印は、[Cp*Ir(H2O)3]2+の添加に伴う発光強度のほぼ完全な減少を示す。このことからも、[Ru(bpy)2bpm]2+と[Cp*Ir(H2O)3]2+が水溶液中において1:1の物質量比で反応して複核錯体を形成したことが示された。 Incidentally, [Ru (bpy) 2 bpm ] to 2+ solution (2.0 × 10 -4 mol / L ) [Cp * Ir (H 2 O) 3] 2+ 1 equivalent when added [Ru (bpy) 2 The emission spectrum of bpm] 2+ was measured. For the measurement, a 1 cm square four-sided transparent quartz cell was used. The graph of FIG. 7 shows the emission spectrum change diagram. In the figure, the vertical axis represents the emission intensity, and the horizontal axis represents the wavelength. The upper curve in the figure shows the emission spectrum of [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ , and the lower curve after adding 1 equivalent of [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ An emission spectrum is shown. The arrow indicates a nearly complete decrease in emission intensity with the addition of [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ . This indicates that [Ru (bpy) 2 bpm] 2+ and [Cp * Ir (H 2 O) 3 ] 2+ reacted at a 1: 1 mass ratio in aqueous solution to form a binuclear complex. It has been shown.

[錯体製造例2:複核金属錯体(ヒドリド錯体)の製造]
実施例1で合成したアクア錯体(8)を水中(pH2.0)において、過剰量のギ酸と反応させた。具体的には、水0.4mLに希硫酸を加えてpHを2.0に調製し、そこに、前記の通り合成したアクア錯体(8)の硫酸塩(1.0mg、8.8×10-3mmol)を加えて溶解させ、アルゴンガスを水溶液に流通させて脱酸素した後、ギ酸(8.3mL、2.2×10-1mol)を加えて333Kにおいて反応させた。反応後の水溶液のUV-Vis.吸収スペクトルを測定したところ、アクア錯体(8)のアクア配位子がヒドリドに置き換わったイリジウムヒドリド錯体(9)のスペクトルが確認された。なお、イリジウムヒドリド錯体(9)の構造は、前記化学式(9)の通りである。以下に、イリジウムヒドリド錯体(9)の機器分析データを示す。
[Complex production example 2: Production of binuclear metal complex (hydride complex)]
The aqua complex (8) synthesized in Example 1 was reacted with an excess amount of formic acid in water (pH 2.0). Specifically, dilute sulfuric acid is added to 0.4 mL of water to adjust the pH to 2.0, and the aqua complex (8) sulfate (1.0 mg, 8.8 × 10 −3 mmol) synthesized as described above is added thereto. Then, argon gas was passed through the aqueous solution to deoxygenate, then formic acid (8.3 mL, 2.2 × 10 −1 mol) was added and reacted at 333K. When the UV-Vis. Absorption spectrum of the aqueous solution after the reaction was measured, the spectrum of the iridium hydride complex (9) in which the aqua ligand of the aqua complex (8) was replaced with hydride was confirmed. The structure of the iridium hydride complex (9) is as shown in the chemical formula (9). The instrumental analysis data of the iridium hydride complex (9) is shown below.

イリジウムヒドリド錯体(9):
1H-NMR(H2O, 298K)δ(TSP/D2O, ppm) -11.4(s, Ir-H), 1.91(s, 15H, Cp*), 7.41-7.55(m, 4H, bpm, bpy), 7.65-7.75(m, 2H, bpm, bpy), 7.86(d, J=5Hz, 1H, bpy), 7.98(d, J=7Hz, 1H, bpy), 8.05-8.20(m, 5H, bpm, bpy), 8.32(m, 1H, bpm, bpy), 8.45-8.65(m, 6H, bpm, bpy), 9.27(d, J=5Hz, 2H, bpm)
UV-Vis. (nm): 391(sh), 409, 518, 590
Iridium hydride complex (9):
1 H-NMR (H 2 O, 298K) δ (TSP / D 2 O, ppm) -11.4 (s, Ir-H), 1.91 (s, 15H, Cp *), 7.41-7.55 (m, 4H, bpm , bpy), 7.65-7.75 (m, 2H, bpm, bpy), 7.86 (d, J = 5Hz, 1H, bpy), 7.98 (d, J = 7Hz, 1H, bpy), 8.05-8.20 (m, 5H , bpm, bpy), 8.32 (m, 1H, bpm, bpy), 8.45-8.65 (m, 6H, bpm, bpy), 9.27 (d, J = 5Hz, 2H, bpm)
UV-Vis. (Nm): 391 (sh), 409, 518, 590

[錯体製造例3:複核金属錯体(イリジウム1価錯体)の製造]
水酸化ナトリウムを水に加えて、水のpHを2.0に代えて4.0とする以外は錯体製造例2と同様にしてアクア錯体(8)とギ酸を反応させた。反応後の水溶液のUV-Vis.吸収スペクトルを測定したところ、近赤外域(λ>900nm)にまで及ぶ幾つかの吸収極大(λmax=453,512,723nm)を有するスペクトルが観測された。このスペクトルは、前記化学式(10)で表されるイリジウム1価錯体に由来すると考えられる。また、反応機構としては、例えば、アクア錯体(8)が1当量のギ酸と反応してイリジウムヒドリド錯体(9)が生成し、さらに熱的に脱プロトン化してイリジウム1価錯体(10)を生成したことが考えられる。しかし、これは推定可能な機構の一例であり、本発明を限定するものではない。なお、以下に、機器分析データを示す。
[Complex Production Example 3: Production of Binuclear Metal Complex (Iridium Monovalent Complex)]
Aqua complex (8) was reacted with formic acid in the same manner as in Complex Production Example 2 except that sodium hydroxide was added to water and the pH of water was changed to 4.0 instead of 2.0. When the UV-Vis. Absorption spectrum of the aqueous solution after the reaction was measured, spectra having several absorption maxima (λ max = 453, 512, 723 nm) extending to the near infrared region (λ> 900 nm) were observed. This spectrum is considered to be derived from the iridium monovalent complex represented by the chemical formula (10). As a reaction mechanism, for example, the aqua complex (8) reacts with 1 equivalent of formic acid to produce an iridium hydride complex (9), and further thermally deprotonated to produce an iridium monovalent complex (10). It is possible that However, this is an example of a mechanism that can be estimated, and does not limit the present invention. The instrumental analysis data is shown below.

イリジウム1価錯体(10):
UV-Vis. (nm): 409, 453(sh), 512, 723, 795(sh)
Iridium monovalent complex (10):
UV-Vis. (Nm): 409, 453 (sh), 512, 723, 795 (sh)

[錯体製造例4:イリジウムヒドリド錯体の脱プロトンによるイリジウム1価錯体の生成]
錯体製造例2において、アクア錯体(8)をpH2.0でギ酸と反応させた後のイリジウムヒドリド錯体(9)水溶液に、脱酸素した1.5×10-4mol/L希硫酸を加えてpHを2.1〜3.9まで変化させ、各pHにおけるUV-Vis.吸収スペクトルを測定した。図8のグラフに、そのスペクトル図を示す。図中、横軸は波長(nm)であり、縦軸は吸光度である。また、矢印は、pHの減少(酸性度の増加)に伴う吸光度の変化を示す。図示の通り、pHの減少(酸性度の増加)に伴い、極大吸収波長409nmおよび591nmの吸光度は増加し、512nmおよび723nmの吸光度は逆に減少した。さらに、図9(A)のグラフに、図8における波長512nmの吸光度とpHとの関係を示す。図中、横軸はpHであり、縦軸は吸光度である。図示の通り、波長512nmの吸光度は、pHが約4から約2まで減少するにつれて約0.8から約0.4までなだらかに減少した。さらに、図9(B)のグラフに、イリジウムヒドリド錯体(9)濃度をイリジウム1価錯体(10)濃度で割った値の対数値log([Ir-H]/[Ir])と、pHとの関係を示す。同図中、横軸はpHであり、縦軸はlog([Ir-H]/[Ir])である。図示の通り、傾きが-1.0、切片が3.2の直線が得られた。log([Ir-H]/[Ir])はpKa-pHに等しいことから、イリジウムヒドリド錯体(9)のpKaは3.2であることが確認された。
[Complex Production Example 4: Formation of iridium monovalent complex by deprotonation of iridium hydride complex]
In Complex Production Example 2, deoxygenated 1.5 × 10 −4 mol / L dilute sulfuric acid was added to the aqueous solution of iridium hydride complex (9) after reacting aqua complex (8) with formic acid at pH 2.0. The pH was changed from 2.1 to 3.9, and the UV-Vis. absorption spectrum at each pH was measured. The spectrum diagram is shown in the graph of FIG. In the figure, the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents absorbance. Moreover, the arrow shows the change of the light absorbency accompanying decrease in pH (increase in acidity). As shown in the figure, with decreasing pH (increasing acidity), the absorbance at the maximum absorption wavelengths of 409 nm and 591 nm increased, while the absorbance at 512 nm and 723 nm decreased. Further, the graph of FIG. 9A shows the relationship between the absorbance at a wavelength of 512 nm and pH in FIG. In the figure, the horizontal axis is pH, and the vertical axis is absorbance. As shown, the absorbance at a wavelength of 512 nm gradually decreased from about 0.8 to about 0.4 as the pH decreased from about 4 to about 2. Further, in the graph of FIG. 9B, the logarithm log ([Ir-H] / [Ir]) of the value obtained by dividing the iridium hydride complex (9) concentration by the iridium monovalent complex (10) concentration, pH, The relationship is shown. In the figure, the horizontal axis represents pH, and the vertical axis represents log ([Ir-H] / [Ir]). As shown in the figure, a straight line having an inclination of −1.0 and an intercept of 3.2 was obtained. log from ([Ir-H] / [ Ir]) is equal to pK a -pH, pK a of the iridium hydride complex (9) was confirmed to be 3.2.

また、イリジウムヒドリド錯体(9)の水溶液の可視光レーザーによるナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスを行った。水溶液は、前記の通りアクア錯体(8)をpH2.0でギ酸と反応させた後のイリジウムヒドリド錯体(9)水溶液(硫酸酸性、イリジウムヒドリド錯体(9)濃度1.8×10-4M、pH2.8)を用いた。照射光出力は7mJ/パルスであった。また、励起波長は、イリジウムヒドリド錯体(9)の特徴的な吸収帯(λmax=409nm)に対応する波長(420nm)を用いた。なお、この吸収帯は、イリジウムヒドリド錯体(9)のルテニウム(II)錯体部位由来のMLCT吸収帯と考えられる。図10に、そのナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスによる過渡吸収スペクトル図を示す。図中、横軸は波長(nm)であり、縦軸は光学密度差(ΔO.D.)である。矢印は、照射後の光学密度差変化を示す。励起レーザーパルス照射後、3ミリ秒間隔で過渡吸収スペクトルを観測した。図示の通り、照射直後に波長510nmおよび720nmの吸収が現れた後に光学密度差が減少し、一方、410nmおよび600nmのブリーチ(退色)が起きた後、光学密度差が増大した。すなわち、照射直後の吸収極大波長はイリジウム1価錯体(10)のλmaxと一致した。このことは、イリジウムヒドリド錯体(9)を可視光レーザーにより励起すると、Ir-H結合が開裂して脱プロトン化が起こり、酸発生剤として働いたことを示す。 Further, nanosecond laser flash photolysis of an aqueous solution of the iridium hydride complex (9) with a visible light laser was performed. As described above, the aqueous solution was prepared by reacting the aqua complex (8) with formic acid at pH 2.0, and then the aqueous solution of iridium hydride complex (9) (sulfuric acid, iridium hydride complex (9) concentration 1.8 × 10 −4 M, pH 2. 8) was used. The irradiation light output was 7 mJ / pulse. As the excitation wavelength, a wavelength (420 nm) corresponding to the characteristic absorption band (λ max = 409 nm) of the iridium hydride complex (9) was used. This absorption band is considered to be an MLCT absorption band derived from the ruthenium (II) complex site of the iridium hydride complex (9). FIG. 10 shows a transient absorption spectrum by the nanosecond laser flash photolysis. In the figure, the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents optical density difference (ΔO.D.). The arrow indicates the change in optical density difference after irradiation. A transient absorption spectrum was observed at intervals of 3 milliseconds after the excitation laser pulse irradiation. As shown, the optical density difference decreased after absorption at wavelengths of 510 nm and 720 nm immediately after irradiation, while the optical density difference increased after 410 nm and 600 nm bleaching. That is, the absorption maximum wavelength immediately after irradiation coincided with λ max of the iridium monovalent complex (10). This indicates that when the iridium hydride complex (9) was excited by a visible light laser, the Ir—H bond was cleaved to cause deprotonation and acted as an acid generator.

さらに、励起波長を409nmに代えて600nmとしてレーザー光照射を行っても、イリジウム1価錯体(10)由来の過渡吸収スペクトルが得られた。すなわち、イリジウムヒドリド錯体(9)は、金属−ヒドリド結合からの光脱プロトン化が、従来のヒドリド錯体よりも長波長の光で可能であることが確認された。なお、従来の有機金属イリジウムヒドリド錯体[Cp*Ir(bpy)H]+(Cp*=ペンタメチルシクロペンタジエニル,bpy=2,2’−ビピリジン)では、光脱プロトン化可能な波長は500nm未満であった。この有機金属イリジウムヒドリド錯体[Cp*Ir(bpy)H]+については、特開2005−104880号公報、Suenobu, T.; Guldi, D. M.; Ogo, S.; Fukuzumi, S., Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 5492-5495.およびAbura, T.; Ogo, S.; Watanabe, Y.; Fukuzumi, S., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4149-4154.に記載されている。 Furthermore, a transient absorption spectrum derived from the iridium monovalent complex (10) was obtained even when laser light irradiation was carried out at 600 nm instead of the excitation wavelength of 409 nm. That is, it was confirmed that the iridium hydride complex (9) can be photodeprotonated from the metal-hydride bond with light having a longer wavelength than that of the conventional hydride complex. In the conventional organometallic iridium hydride complex [Cp * Ir (bpy) H] + (Cp * = pentamethylcyclopentadienyl, bpy = 2,2′-bipyridine), the wavelength capable of photodeprotonation is 500 nm. Was less than. The organometallic iridium hydride complex [Cp * Ir (bpy) H] + is disclosed in JP-A-2005-104880, Suenobu, T .; Guldi, DM; Ogo, S .; Fukuzumi, S., Angew. Chem. , Int. Ed. 2003, 42, 5492-5495. And Abura, T .; Ogo, S .; Watanabe, Y .; Fukuzumi, S., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4149-4154. It is described in.

さらに、水を重水に代えて同様のナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスを行い、水中および重水中でのイリジウム1価錯体(10)のイリジウム(I)金属中心のプロトン化反応の速度定数(水中の速度定数kHと重水中の速度定数kD)を比較した。図11のグラフ縦軸に波長512nmにおける光学密度差を、横軸にレーザー照射時間を示す。図中、「Ir-H」と示した曲線は水中レーザー照射時のスペクトルを示し、「Ir-D」と示した曲線は重水中レーザー照射時のスペクトルを示す。さらに、図11挿入図は、図11縦軸をln[(Ainf-A)/(Ainf-A0)]に変換したものである。Aはその照射時間での光学密度差であり、Ainfはレーザーパルス照射後無限大時間での光学密度差、A0は照射直後での光学密度差である。図示の通り、水中、重水中のいずれも、ln[(Ainf-A)/(Ainf-A0)]と照射時間の関係は一次直線で得られた。ここから、kH=1.1×102s-1と計算され、さらに、速度論的重水素同位体効果(kH/kD=1.4)が確認された。この重水素同位体効果は、前記ナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスにおいて、プロトン(または重水素)の脱離が起こっていることを示す。このことからも、錯体製造例2における生成物がヒドリド錯体であることが示された。 Further, the same nanosecond laser flash photolysis was carried out by replacing water with heavy water, and the rate constant of the protonation reaction of the iridium (I) metal center of the iridium monovalent complex (10) in water and heavy water (rate in water comparing the rate constant k D) of the constant k H and deuterium. The vertical axis of the graph in FIG. 11 shows the optical density difference at a wavelength of 512 nm, and the horizontal axis shows the laser irradiation time. In the figure, the curve indicated as “Ir-H” indicates the spectrum when irradiated with underwater laser, and the curve indicated as “Ir-D” indicates the spectrum when irradiated with laser in heavy water. Further, the inset of FIG. 11 is obtained by converting the vertical axis of FIG. 11 into ln [(A inf −A) / (A inf −A 0 )]. A is the optical density difference at the irradiation time, A inf is the optical density difference at infinite time after laser pulse irradiation, and A 0 is the optical density difference immediately after irradiation. As shown in the figure, the relationship between ln [(A inf −A) / (A inf −A 0 )] and irradiation time was obtained as a linear line in both water and heavy water. From this, it was calculated that k H = 1.1 × 10 2 s −1, and further the kinetic deuterium isotope effect (k H / k D = 1.4) was confirmed. This deuterium isotope effect indicates that proton (or deuterium) desorption occurs in the nanosecond laser flash photolysis. This also indicates that the product in Complex Production Example 2 is a hydride complex.

また、同様の条件でフェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスを行った。励起波長は420nmとした。図12のグラフに、水中のフェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスのスペクトル図を示す。図中、横軸は波長(nm)、縦軸は光学密度差である。レーザーパルス照射後の時間を表す数字の右横および左横の矢印は、時間の増加を示す。さらに、吸光度を示す曲線(スペクトル)中、波長512nm付近の矢印は、極大吸収波長512nm付近の吸光度が、時間90ピコ秒から700ピコ秒まで連続的に増加したことを示す。極大吸収波長512nm付近の吸光度から、イリジウム1価錯体(10)の生成が確認された。すなわち、イリジウムヒドリド錯体(9)のIr-H結合が開裂して脱プロトン化が起こり、酸発生剤として働いたことを示す。なお、詳細な機構として、時間0から70ピコ秒までは、励起状態間の遷移が起こり、時間90ピコ秒から700ピコ秒までは、イリジウムヒドリド錯体(9)のIr-H結合の開裂(脱プロトン化)によるイリジウム1価錯体(10)の生成が起こっていることが考えられる。ただし、これは推定可能な機構の一例であり、本発明を何ら限定しない。   In addition, femtosecond laser flash photolysis was performed under the same conditions. The excitation wavelength was 420 nm. The graph of FIG. 12 shows a spectrum diagram of femtosecond laser flash photolysis in water. In the figure, the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents the optical density difference. Arrows on the right and left sides of the numbers representing the time after laser pulse irradiation indicate an increase in time. Furthermore, in the curve (spectrum) indicating the absorbance, the arrow near the wavelength of 512 nm indicates that the absorbance near the maximum absorption wavelength of 512 nm continuously increased from 90 picoseconds to 700 picoseconds. Formation of iridium monovalent complex (10) was confirmed from the absorbance near the maximum absorption wavelength of 512 nm. That is, it shows that the Ir—H bond of the iridium hydride complex (9) was cleaved to cause deprotonation and acted as an acid generator. As a detailed mechanism, a transition between excited states occurs from time 0 to 70 picoseconds, and from the time 90 picoseconds to 700 picoseconds, the cleavage of the Ir—H bond (desorption) of the iridium hydride complex (9) occurs. It is considered that the generation of the iridium monovalent complex (10) by protonation occurs. However, this is an example of a mechanism that can be estimated and does not limit the present invention.

さらに、水を重水に代えて同様のフェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスを行い、水中および重水中でのイリジウムヒドリド錯体(9)のイリジウム-ヒドリド結合からの脱プロトン化反応の速度定数(水中の速度定数kHと重水中の速度定数kD)を比較した。図13のグラフ縦軸に、波長512nmにおける光学密度差を、横軸にパルスレーザー照射後の時間を示す。図中、「Ir-H」と示した曲線は水中レーザー照射時のスペクトルを示し、「Ir-D」と示した曲線は重水中レーザー照射時のスペクトルを示す。なお、同図の測定において、イリジウムヒドリド錯体(9)の初期濃度は9.0×10-4mol/L、光路長は2mmであった。さらに、図13挿入図は、図13縦軸をln[(Ainf-A)/(Ainf-A0)]に変換したものである。Aは照射後、その時間での光学密度差であり、Ainfは照射後の時間無限大での光学密度差、A0は照射直後での光学密度差である。図示の通り、水中、重水中のいずれも、ln[(Ainf-A)/(Ainf-A0)]と照射時間の関係は一次直線で得られた。ここから、kH=6.6×109s-1、kH/kD=1.0と計算され、フェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスでは重水素同位体効果を示さないことが確認された。 Furthermore, the same femtosecond laser flash photolysis was performed in place of heavy water, and the rate constant of the deprotonation reaction from the iridium-hydride bond of the iridium hydride complex (9) in water and heavy water (rate constant in water) k H and the rate constant k D ) in heavy water were compared. The vertical axis of the graph in FIG. 13 shows the optical density difference at a wavelength of 512 nm, and the horizontal axis shows the time after pulse laser irradiation. In the figure, the curve indicated as “Ir-H” indicates the spectrum when irradiated with underwater laser, and the curve indicated as “Ir-D” indicates the spectrum when irradiated with laser in heavy water. In the measurement of the figure, the initial concentration of the iridium hydride complex (9) was 9.0 × 10 −4 mol / L, and the optical path length was 2 mm. Further, the inset of FIG. 13 is obtained by converting the vertical axis of FIG. 13 into ln [(A inf −A) / (A inf −A 0 )]. A is the optical density difference at that time after irradiation, A inf is the optical density difference at infinite time after irradiation, and A 0 is the optical density difference immediately after irradiation. As shown in the figure, the relationship between ln [(A inf −A) / (A inf −A 0 )] and irradiation time was obtained as a linear line in both water and heavy water. From this, it was calculated that k H = 6.6 × 10 9 s −1 and k H / k D = 1.0, and it was confirmed that femtosecond laser flash photolysis does not show deuterium isotope effect.

[参考例1:ギ酸分解用触媒によるギ酸の分解および水素の製造]
錯体製造例1で製造したイリジウム−ルテニウム2核アクア錯体(8)を水2mLに溶かし、水溶液とした。この水溶液にアルゴンガス気流を20分間パージして脱酸素した後、水に対し0.83mol/Lのギ酸を加え、さらに、水酸化ナトリウムを加えてpHを3.8に調整した。以上の操作は、全て室温(298K)において行った。この水溶液をそのまま298Kで10〜20分間静置し続けると、目視で明確に確認できる気体の発生が始まり、さらに前記気体が連続的に発生した。この気体をGC分析した結果、水素と二酸化炭素の1:1混合ガスであった。すなわち、ギ酸に対し触媒量のアクア錯体によりギ酸を分解し、水素と二酸化炭素を製造できた。
[Reference Example 1: Formic acid decomposition and hydrogen production using formic acid decomposition catalyst]
The iridium-ruthenium dinuclear aqua complex (8) produced in Complex Production Example 1 was dissolved in 2 mL of water to obtain an aqueous solution. The aqueous solution was purged with an argon gas stream for 20 minutes for deoxygenation, 0.83 mol / L formic acid was added to water, and sodium hydroxide was added to adjust the pH to 3.8. All the above operations were performed at room temperature (298K). When this aqueous solution was allowed to stand at 298 K for 10 to 20 minutes as it was, the generation of gas that could be clearly confirmed visually started, and the gas was continuously generated. As a result of GC analysis of this gas, it was a 1: 1 mixed gas of hydrogen and carbon dioxide. That is, hydrogen and carbon dioxide could be produced by decomposing formic acid with a catalytic amount of aqua complex with respect to formic acid.

さらに、アクア錯体(8)の濃度を種々変化させて上記と同様の操作を行い、それぞれH2ガスの発生量を測定した。図14(A)のグラフに、その結果を示す。同図において、横軸は、前記水溶液中におけるアクア錯体(8)の濃度である。縦軸は、反応時間60分間当たりのH2ガスの発生量であり、目視による反応開始後15分経過時から45分経過時までのH2ガスの発生量からの計算値である。図示のとおり、アクア錯体(8)の濃度とH2ガスの発生量とは比例関係(直線関係)を示し、アクア錯体(8)1分子でギ酸1分子の分解反応を触媒していることが確認された。 Furthermore, operations similar to those described above were carried out by varying the concentration of the aqua complex (8), and the amount of H 2 gas generated was measured. The result is shown in the graph of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the concentration of the aqua complex (8) in the aqueous solution. The vertical axis represents the amount of H 2 gas generated per 60 minutes of reaction time, and is a calculated value from the amount of H 2 gas generated from the time 15 minutes after the start of the reaction until 45 minutes have passed. As shown in the figure, the concentration of the aqua complex (8) and the amount of H 2 gas generated show a proportional relationship (linear relationship), and one molecule of the aqua complex (8) catalyzes the decomposition reaction of one molecule of formic acid. confirmed.

なお、前記水溶液を298Kで静置して、H2ガス発生開始まで10〜20分間かかった理由は明らかではない。例えば、アルゴンガス気流によるパージで除去し切れなかった残存酸素がアクア錯体(8)と反応し、酸素を還元的に消費し切ってからアクア錯体(8)とギ酸との反応が始まるためであると考えられる。ただし、これは推測可能な機構の一例に過ぎず、本発明を何ら限定しない。 The reason why the aqueous solution was allowed to stand at 298 K and it took 10 to 20 minutes to start generation of H 2 gas is not clear. This is because, for example, residual oxygen that cannot be removed by purging with an argon gas stream reacts with the aqua complex (8), and after the oxygen is consumed reductively, the reaction between the aqua complex (8) and formic acid starts. it is conceivable that. However, this is merely an example of a mechanism that can be estimated, and does not limit the present invention.

[参考例2:ギ酸の分解および水素の製造におけるギ酸濃度依存性]
アクア錯体(8)の濃度を0.5mMに固定し、ギ酸濃度を種々変化させるとともに水酸化ナトリウムでpHを3.8に調整する以外は参考例1と同様にしてギ酸の分解を行い、H2ガスの発生量を測定した。図14(B)のグラフに、その結果を示す。同図において、横軸は、ギ酸濃度(mol/L)である。縦軸は、1時間当たりの触媒の回転数(TOF、Turn Over Frequency)である。TOFは、1時間当たり発生した水素分子数を、アクア錯体(8)の分子数で割って求めた数値である(以下において同じ)。図示のとおり、ギ酸濃度とTOFとの関係は飽和曲線を示した。このことから、アクア錯体(8)とギ酸との反応は平衡反応であると考えられる。
[Reference Example 2: Formic acid concentration dependence in formic acid decomposition and hydrogen production]
Fixing the aqua complex concentration (8) to 0.5 mM, perform decomposition of the formic acid formic acid concentration, except for adjusting to 3.8 pH with sodium hydroxide causes variously changed in the same manner as in Reference Example 1, the H 2 gas The amount generated was measured. The result is shown in the graph of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the formic acid concentration (mol / L). The vertical axis represents the number of rotations of the catalyst per hour (TOF, Turn Over Frequency). TOF is a value obtained by dividing the number of hydrogen molecules generated per hour by the number of molecules of the aqua complex (8) (the same applies hereinafter). As shown in the figure, the relationship between formic acid concentration and TOF showed a saturation curve. From this, it is considered that the reaction between the aqua complex (8) and formic acid is an equilibrium reaction.

[参考例3:ギ酸の分解および水素の製造におけるpH依存性]
アクア錯体(8)の濃度を0.5mMに固定することと、水酸化ナトリウム添加量を変えてpHを種々変化させたこと以外は参考例1と同様にしてギ酸の分解を行い、H2ガスの発生量を測定した。図15のグラフに、その結果を示す。同図において、横軸は、前記ギ酸水溶液の初期pHである。縦軸は、1時間当たりの触媒の回転数(TOF、Turn Over Frequency)である。図示のとおり、TOFは、pH=3.8で最大となり、その最大値は426h-1であった。この数値は、室温の水中におけるギ酸分解反応のTOFとしては、本願出願時までに知られている世界最高値である。
[Reference Example 3: pH dependence in formic acid decomposition and hydrogen production]
And fixing the concentration of aqua complex (8) to 0.5 mM, except that pH was changed variously by changing the amount of addition of sodium hydroxide performs decomposition of formic acid in the same manner as in Reference Example 1, the H 2 gas The amount generated was measured. The result is shown in the graph of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the initial pH of the formic acid aqueous solution. The vertical axis represents the number of rotations of the catalyst per hour (TOF, Turn Over Frequency). As shown in the figure, TOF reached its maximum at pH = 3.8, and its maximum value was 426h −1 . This value is the world's highest value known as the TOF of the formic acid decomposition reaction in room temperature water until the filing date of the present application.

なお、アクア錯体(8)を用いたギ酸分解は、アクア錯体(8)がギ酸と反応して生成したイリジウムヒドリド錯体(9)やイリジウム1価錯体(10)が触媒として働き、それらの濃度の増加にしたがって水素発生速度が増加することが考えられる。より具体的には、例えば、図16のスキームに示すとおり、アクア錯体とギ酸アニオンとの反応によりギ酸錯体が生成し、二酸化炭素の脱離を経てヒドリド錯体となり、ヒドリド錯体がプロトンと反応し水素が発生するものと考えられる。ただし、これも、推測可能な機構の一例を示すに過ぎず、本発明を限定するものではない。なお、図16のスキーム中においては、「IrIII」および「IrI」は、それぞれ、前記化学式(7)の複核金属錯体から配位子Lを除いた構造を意味し、「IrIII」はイリジウム原子が三価である構造を現し、「IrI」はイリジウム原子が一価である構造を表すものとする。 Formic acid decomposition using the aqua complex (8), the iridium hydride complex (9) or iridium monovalent complex (10) produced by the reaction of the aqua complex (8) with formic acid acts as a catalyst. It is considered that the hydrogen generation rate increases with the increase. More specifically, for example, as shown in the scheme of FIG. 16, a formate complex is generated by the reaction of an aqua complex and a formate anion, and after the elimination of carbon dioxide, a hydride complex is formed, and the hydride complex reacts with a proton to generate hydrogen. Is considered to occur. However, this is only an example of a mechanism that can be estimated, and does not limit the present invention. In the scheme of FIG. 16, “Ir III ” and “Ir I ” mean structures obtained by removing the ligand L from the binuclear metal complex represented by the chemical formula (7), and “Ir III ” An iridium atom represents a trivalent structure, and “Ir I ” represents a structure in which the iridium atom is monovalent.

[実施例1:ギ酸分解用触媒によるギ酸の分解および重水素化水素の製造]
通常のギ酸HCOOHに代えて、重水素化ギ酸DCOOHを用いる以外は参考例3と同様にして、種々のpH条件下におけるギ酸の分解を行った。ギ酸を全て消費し尽し、水素が発生しなくなるまでギ酸分解反応を行い、発生した水素ガス中におけるH2とHDの存在比を、ガスクロマトグラフィーにより測定した。図1のグラフに、その結果を示す。同図において、横軸は、前記ギ酸水溶液の初期pHである。縦軸は、発生した水素ガス中におけるH2またはHDの存在比(モル比、%)である。図中、白丸(○)の折れ線グラフは、HD存在比のpH依存性を示し、黒丸(●)の折れ線グラフは、H2存在比のpH依存性を示す。図示のとおり、pHが2付近の低pH領域ではH2存在比が高かったが、pHが約2.5以上の領域では、HD存在比が高かった。pH3.5付近でHD存在比は最大値の79%であった(H2存在比21%)。すなわち、本実施例によれば、重水素化ギ酸DCOOHを用いて、幅広いpH領域において、重水素化水素HDをきわめて高選択的に製造することができた。
[Example 1: Decomposition of formic acid and production of deuterated hydrogen with formic acid decomposition catalyst]
Formic acid was decomposed under various pH conditions in the same manner as in Reference Example 3 except that deuterated formic acid DCOOH was used instead of normal formic acid HCOOH. The formic acid decomposition reaction was performed until all the formic acid was consumed and no hydrogen was generated, and the abundance ratio of H 2 and HD in the generated hydrogen gas was measured by gas chromatography. The results are shown in the graph of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the initial pH of the formic acid aqueous solution. The vertical axis represents the abundance ratio (molar ratio,%) of H 2 or HD in the generated hydrogen gas. In the figure, the white circle (◯) line graph shows the pH dependence of the HD abundance ratio, and the black circle (●) line shows the pH dependence of the H 2 abundance ratio. As shown in the figure, the H 2 abundance ratio was high in the low pH region near pH 2, but the HD abundance ratio was high in the region where the pH was about 2.5 or higher. In the vicinity of pH 3.5, the HD abundance ratio was 79% of the maximum value (H 2 abundance ratio 21%). That is, according to the present example, deuterated hydrogen HD could be produced with extremely high selectivity in a wide pH range using deuterated formic acid DCOOH.

なお、アクア錯体(8)を用いた重水素化ギ酸DCOOHの分解においては、HCOOHの分解と同様、例えば、アクア錯体とギ酸アニオンとの反応により重水素化ギ酸DCOOHの錯体が生成し、二酸化炭素の脱離を経て重水素化ヒドリド錯体となることが考えられる。さらに、この重水素化ヒドリド錯体がH/D交換反応によりヒドリド錯体なるとともに、重ヒドリドイオンD-がプロトンと反応し、重水素化水素HDが発生しているものと推測される。図2および図3のスキームに、前記推測される反応機構を示す。なお、図2および図3のスキーム中においては、「IrIII」は、前記化学式(7)の複核金属錯体において、イリジウム原子が三価である構造から配位子Lを除いた構造を表すものとする。また、後述のように、ギ酸HCOOH分解反応と重水素化ギ酸DCOOH分解反応との速度論的重水素同位体効果の値は2.0であったことから、図3のスキームに示すように、ギ酸錯体が重水素化ヒドリド錯体となる段階が律速段階であると考えられる。低pHでH2ガスが選択的に発生するのは、例えば、ヒドリド錯体のヒドリドが溶媒中のプロトンとH/D交換する過程が加速されたためと推測される。ただし、これらは、推測可能な機構の一例を示すに過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。 In the decomposition of deuterated formic acid DCOOH using aqua complex (8), as in the decomposition of HCOOH, for example, the reaction of aqua complex and formate anion produces a complex of deuterated formic acid DCOOH, and carbon dioxide. It can be considered that a deuterated hydride complex is formed through the elimination of. Further, it is presumed that this deuterated hydride complex becomes a hydride complex by the H / D exchange reaction, and deuterated ion D reacts with protons to generate deuterated hydrogen HD. The presumed reaction mechanism is shown in the schemes of FIGS. In the schemes of FIGS. 2 and 3, “Ir III ” represents a structure obtained by removing the ligand L from the trivalent iridium atom in the binuclear metal complex represented by the chemical formula (7). And As described later, since the value of the kinetic deuterium isotope effect between the formic acid HCOOH decomposition reaction and the deuterated formic acid DCOOH decomposition reaction was 2.0, as shown in the scheme of FIG. It is considered that the stage where becomes a deuterated hydride complex is the rate-determining stage. The reason why the H 2 gas is selectively generated at a low pH is presumably because, for example, the hydride of the hydride complex accelerates the process of H / D exchange with protons in the solvent. However, these are merely examples of mechanisms that can be estimated, and do not limit the present invention.

さらに、図4のグラフに、上記実施例1におけるTOFのpH依存性を示す。同図において、横軸は、前記ギ酸水溶液の初期pHである。縦軸は、1時間当たりの触媒の回転数(TOF、Turn Over Frequency)である。図中、実線で示す折れ線は、実施例1の重水素化ギ酸DCOOH分解反応におけるTOFのpH依存性を示す。点線で示す折れ線は、参考例3のギ酸HCOOH分解反応におけるTOFのpH依存性を示しており、図15と同じである。図示のとおり、実施例1における重水素化ギ酸DCOOH分解反応のTOFは、pH 3.8で最大となり、その最大値は215h-1であった。この数値は、参考例3におけるギ酸HCOOH分解反応の最大TOF値(426h-1)の約半分であったが、室温の水中におけるギ酸分解反応のTOFとしては、きわめて高い値である。また、図示のように、TOFのpH依存性は、重水素化ギ酸DCOOH分解反応とギ酸HCOOH分解反応とで同様の傾向を示し、重水素化ギ酸DCOOH分解反応のTOFは、同じpHにおけるギ酸HCOOH分解反応の約半分であった。このことから、ギ酸HCOOH分解反応と重水素化ギ酸DCOOH分解反応との速度論的重水素同位体効果の値は2.0であることが確認された。 Furthermore, the graph of FIG. 4 shows the pH dependence of TOF in Example 1 above. In the figure, the horizontal axis represents the initial pH of the formic acid aqueous solution. The vertical axis represents the number of rotations of the catalyst per hour (TOF, Turn Over Frequency). In the figure, the broken line indicated by the solid line indicates the pH dependence of TOF in the deuterated formic acid DCOOH decomposition reaction of Example 1. The broken line shown by the dotted line shows the pH dependence of TOF in the formic acid HCOOH decomposition reaction of Reference Example 3, which is the same as FIG. As shown in the figure, the TOF of the deuterated formic acid DCOOH decomposition reaction in Example 1 was maximum at pH 3.8, and the maximum value was 215 h −1 . This value was about half of the maximum TOF value (426 h −1 ) of the formic acid HCOOH decomposition reaction in Reference Example 3, but is extremely high as the TOF of the formic acid decomposition reaction in water at room temperature. In addition, as shown in the figure, the pH dependence of TOF shows the same tendency between the deuterated formic acid DCOOH decomposition reaction and the formic acid HCOOH decomposition reaction, and the deuterated formic acid DCOOH decomposition reaction TOF is the same formic acid HCOOH at the same pH. About half of the decomposition reaction. From this, it was confirmed that the value of the kinetic deuterium isotope effect between the formic acid HCOOH decomposition reaction and the deuterated formic acid DCOOH decomposition reaction is 2.0.

[実施例2]
溶媒として重水(D2O)を用いる以外は実施例1と同様にして重水素D2を高選択的に得ることができた。重水素化ギ酸DCOOHを用いた場合、および重水素化されていないギ酸HCOOHを用いた場合のいずれも、重水素D2を高選択的に得ることが可能であった。
[Example 2]
Deuterium D 2 could be obtained with high selectivity in the same manner as in Example 1 except that heavy water (D 2 O) was used as a solvent. It was possible to obtain deuterium D 2 with high selectivity both when deuterated formic acid DCOOH was used and when non-deuterated formic acid HCOOH was used.

以上の通り、本実施例によれば、イリジウム−ルテニウム複核錯体をギ酸分解用触媒として用い、室温水中という温和な条件下で重水素化ギ酸を分解し、高価な重水素化水素(HD)ガスをpH選択的に、高効率に、かつ高選択的に製造することができた。   As described above, according to this example, an iridium-ruthenium binuclear complex was used as a catalyst for formic acid decomposition, deuterated formic acid was decomposed under mild conditions in room temperature water, and expensive deuterated hydrogen (HD) gas Can be produced with high pH selectivity, high efficiency and high selectivity.

以上説明した通り、本発明によれば、安定で安全性の高いギ酸から、重水素化水素(HD)および重水素(D2)の少なくとも一方を、安全に、簡便かつきわめて効率的に低コストで製造することができる。本発明の製造方法によれば、例えば、大規模な装置等を用いずに、安価で簡便に水素同位体ガスを製造することができる。これにより、例えば、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を、必要な時に必要な量だけ製造することができ、実験室レベルの製造から工業規模の量産に至るまで、十分に対応することも可能である。本発明は、例えば、燃料電池のメカニズムの研究や、有機化合物を含む各種化合物の合成、構造解析による水素位置の決定等において有用である。本発明によれば、有毒な副生成物なしに水素同位体ガスを得ることができ、また、従来の方法例と比較して、多大な省エネルギー効果が得られる。 As described above, according to the present invention, at least one of deuterated hydrogen (HD) and deuterium (D 2 ) can be safely, simply and extremely efficiently produced at low cost from stable and highly safe formic acid. Can be manufactured. According to the production method of the present invention, for example, a hydrogen isotope gas can be produced inexpensively and easily without using a large-scale apparatus or the like. As a result, for example, at least one of deuterium (D 2 ) and deuterium hydride (HD) can be produced in the necessary amount when needed, from laboratory production to industrial scale mass production. It is also possible to respond sufficiently. The present invention is useful in, for example, research on the mechanism of a fuel cell, synthesis of various compounds including organic compounds, determination of a hydrogen position by structural analysis, and the like. According to the present invention, hydrogen isotope gas can be obtained without toxic by-products, and a great energy saving effect can be obtained as compared with conventional method examples.

本発明のギ酸分解用触媒は、回転効率が良いため、環境への負荷抑制および省資源にも寄与し得る。また、本発明のギ酸分解用触媒は、例えば有機溶媒に溶かして用いても良いが、水のみを溶媒として用いて前記水素同位体ガスを発生させれば、環境への好ましくない影響をいっそう低減することができる。   Since the formic acid decomposition catalyst of the present invention has good rotational efficiency, it can contribute to environmental load suppression and resource saving. In addition, the formic acid decomposition catalyst of the present invention may be used by dissolving it in an organic solvent, for example, but if the hydrogen isotope gas is generated using only water as a solvent, the undesirable influence on the environment is further reduced. can do.

水素同位体ガスは広い分野において需要があるため、本発明の適用範囲も広い。例えば、水素同位体は、原子力産業利用には不可欠な戦略物質であり、高純度な水素同位体ガスを製造する技術が必要とされている。また、水素同位体は、医薬品合成における生成物同定の際の同位体標識、ヒドロゲナーゼなどの酵素反応活性化機構、酸素水素燃料電池や二次電池負極の金属水素化物の構造や機能に関する研究等にも用いられる。このため、これらにも本発明の製造方法および本発明のギ酸分解用触媒が有用である。さらに、本発明の適用範囲は上記に限定されず、水素同位体ガスを必要とするあらゆる技術分野に用いることができる。   Since hydrogen isotope gas is in demand in a wide range of fields, the scope of application of the present invention is also wide. For example, a hydrogen isotope is an indispensable strategic material for use in the nuclear industry, and a technique for producing a high-purity hydrogen isotope gas is required. Hydrogen isotopes are also used for research on isotope labeling for product identification in pharmaceutical synthesis, enzyme reaction activation mechanisms such as hydrogenases, and structures and functions of metal hydrides in oxygen-hydrogen fuel cells and secondary battery negative electrodes. Is also used. Therefore, the production method of the present invention and the formic acid decomposition catalyst of the present invention are also useful for these. Furthermore, the application range of the present invention is not limited to the above, and can be used in all technical fields that require hydrogen isotope gas.

Claims (14)

下記式(1)で表される複核金属錯体、その互変異性体もしくは立体異性体、またはそれらの塩を含むギ酸分解用触媒と、ギ酸と、溶媒とを含み、前記ギ酸および前記溶媒の少なくとも一方が重水素化されているギ酸溶液を準備する準備工程と、
前記溶液を静置するか、加熱するか、または光照射することによりギ酸を分解させて重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を発生させるギ酸分解工程とを含む、
重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方を製造するための製造方法。
Figure 2010208927
前記式(1)中、
M1およびM2は遷移金属であり、同一でも異なっていても良く、
Arは、芳香族性を有する配位子であり、置換基を有していても有していなくても良く、置換基を有する場合、前記置換基は1でも複数でも良く、
R1〜R5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、フェニル基、またはシクロペンタジエニル基であり、
R12〜R27は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基であり、
または、R15およびR16は、一体となって -CH=CH- を形成しても良く、すなわち、R15およびR16はそれらの結合するビピリジン環と一体となってフェナントロリン環を形成しても良く、前記 -CH=CH- におけるHは、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基で置換されていても良く、
R23およびR24は、一体となって -CH=CH- を形成しても良く、すなわち、R23およびR24はそれらの結合するビピリジン環と一体となってフェナントロリン環を形成しても良く、前記 -CH=CH- におけるHは、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基で置換されていても良く、
Lは、任意の配位子であるか、または存在せず、
mは、正の整数、0、または負の整数である。
A formic acid decomposition catalyst containing a binuclear metal complex represented by the following formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, formic acid, and a solvent, wherein at least one of the formic acid and the solvent Preparing a formic acid solution, one of which is deuterated,
Formic acid decomposition step of decomposing formic acid by standing, heating or irradiating the solution to generate at least one of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD),
A production method for producing at least one of deuterium (D 2 ) and deuterium hydride (HD).
Figure 2010208927
In the formula (1),
M 1 and M 2 are transition metals, which may be the same or different,
Ar is a ligand having aromaticity and may or may not have a substituent, and when it has a substituent, the substituent may be one or plural,
R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group, or a cyclopentadienyl group,
R 12 to R 27 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group, a nitro group, a halogen group, a sulfonic acid group (sulfo group), an amino group, a carboxylic acid group (carboxy group), a hydroxy group, or an alkoxy group. Group,
Alternatively, R 15 and R 16 may be combined to form —CH═CH—, that is, R 15 and R 16 may be combined with their bound bipyridine ring to form a phenanthroline ring. The H in —CH═CH— is independently an alkyl group, a phenyl group, a nitro group, a halogen group, a sulfonic acid group (sulfo group), an amino group, a carboxylic acid group (carboxy group), or a hydroxy group. Or may be substituted with an alkoxy group,
R 23 and R 24 together may form -CH = CH-, that is, R 23 and R 24 together with their bound bipyridine ring may form a phenanthroline ring. H in -CH = CH- is independently an alkyl group, phenyl group, nitro group, halogen group, sulfonic acid group (sulfo group), amino group, carboxylic acid group (carboxy group), hydroxy group, or May be substituted with an alkoxy group,
L is any ligand or absent,
m is a positive integer, 0, or a negative integer.
前記式(1)中、Ar上の置換基が、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、またはシクロペンタジエニル基である請求項1記載の製造方法。   The method according to claim 1, wherein in the formula (1), the substituents on Ar are each independently an alkyl group, a phenyl group, or a cyclopentadienyl group. 前記式(1)中、Lが、水分子、水素原子、アルキコシドイオン、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、炭酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ギ酸イオン、もしくは酢酸イオンであるか、または存在しない請求項1または2記載の製造方法。   In the above formula (1), L is a water molecule, hydrogen atom, alkyloside ion, hydroxide ion, halide ion, carbonate ion, trifluoromethanesulfonate ion, sulfate ion, nitrate ion, formate ion, or acetic acid. The manufacturing method of Claim 1 or 2 which is an ion or does not exist. M1が、ルテニウム、オスミウム、鉄、マンガン、クロム、コバルト、イリジウム、またはロジウムである請求項1から3のいずれか一項に記載の製造方法。 M 1 is, ruthenium, osmium, iron, manganese, chromium, cobalt, The method according to any one of iridium or claims 1 rhodium, 3. M2が、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、コバルト、オスミウム、ニッケル、または白金である請求項1から4のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein M 2 is iridium, ruthenium, rhodium, cobalt, osmium, nickel, or platinum. mが2、3または4である請求項1から5のいずれか一項に記載の製造方法。   m is 2, 3 or 4, The manufacturing method as described in any one of Claim 1 to 5. 前記式(1)の複核金属錯体が、下記式(6)で表される構造を有する複核金属錯体である請求項1から6のいずれか一項に記載の製造方法。
Figure 2010208927
前記式(6)中、
R6〜R11は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、フェニル基、ニトロ基、ハロゲン基、スルホン酸基(スルホ基)、アミノ基、カルボン酸基(カルボキシ基)、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基であり、
M1、M2、R1〜R5、R12〜R27、Lおよびmは、前記式(1)と同じである。
The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein the binuclear metal complex of the formula (1) is a binuclear metal complex having a structure represented by the following formula (6).
Figure 2010208927
In the formula (6),
R 6 to R 11 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group, a nitro group, a halogen group, a sulfonic acid group (sulfo group), an amino group, a carboxylic acid group (carboxy group), a hydroxy group, or an alkoxy group. Group,
M 1 , M 2 , R 1 to R 5 , R 12 to R 27 , L and m are the same as those in the formula (1).
前記式(6)で表される複核金属錯体が、下記式(7)で表される構造を有する複核金属錯体である請求項7記載の製造方法。
Figure 2010208927
前記式(7)中、Lおよびmは、前記式(6)と同じである。
The production method according to claim 7, wherein the binuclear metal complex represented by the formula (6) is a binuclear metal complex having a structure represented by the following formula (7).
Figure 2010208927
In said Formula (7), L and m are the same as said Formula (6).
前記式(7)で表される複核金属錯体が、下記式(8)〜(11)のいずれかで表される構造を有する複核金属錯体である請求項8記載の製造方法。
Figure 2010208927
Figure 2010208927
Figure 2010208927
Figure 2010208927
The production method according to claim 8, wherein the binuclear metal complex represented by the formula (7) is a binuclear metal complex having a structure represented by any of the following formulas (8) to (11).
Figure 2010208927
Figure 2010208927
Figure 2010208927
Figure 2010208927
前記ギ酸溶液において、前記溶媒が水を含み、前記水および前記ギ酸の少なくとも一方が重水素化されている請求項1から9のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 9, wherein in the formic acid solution, the solvent contains water, and at least one of the water and the formic acid is deuterated. 前記ギ酸溶液において、前記水および前記ギ酸の一方が重水素化されており、前記ギ酸分解工程開始前の初期pHまたは初期pDが2.5以上であり、前記ギ酸分解工程において重水素化水素(HD)を発生させ、重水素化水素(HD)を製造する、請求項10記載の製造方法。   In the formic acid solution, one of the water and the formic acid is deuterated, the initial pH or initial pD before the formic acid decomposition step is 2.5 or more, and deuterated hydrogen (HD) in the formic acid decomposition step The production method according to claim 10, wherein deuterated hydrogen (HD) is produced. 前記ギ酸溶液において、水がD2Oであり、前記ギ酸分解工程において重水素(D2)を発生させ、重水素(D2)を製造する、請求項10記載の製造方法。 In the formic acid solution, water is the D 2 O, the formic acid decomposition step to generate deuterium (D 2) in, to produce a deuterium (D 2), The method according to Claim 10. 前記ギ酸溶液において、前記溶媒および前記ギ酸の少なくとも一方が、重水素化に代えて三重水素化されており、重水素(D2)および重水素化水素(HD)の少なくとも一方に代えて三重水素(T2)および三重水素化水素(HT)の少なくとも一方を製造する請求項1から12のいずれか一項に記載の製造方法。 In the formic acid solution, at least one of the solvent and the formic acid is tritiated instead of deuteration, and tritium instead of at least one of deuterium (D 2 ) and deuterated hydrogen (HD). The production method according to claim 1, wherein at least one of (T 2 ) and tritium hydride (HT) is produced. 前記式(1)で表される複核金属錯体、その互変異性体、立体異性体、およびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含み、請求項1から13のいずれか一項に記載の製造方法に用いるギ酸分解用触媒。   The compound includes at least one compound selected from the group consisting of the binuclear metal complex represented by the formula (1), a tautomer, a stereoisomer, and a salt thereof, A catalyst for formic acid decomposition used in the production method according to the item.
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