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Nakata Kou

Faculty of Environmental Earth Science　Materials Science　Molecular Materials ChemistryAssistant Professor

Researcher basic information

■ Degree
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■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 電気化学
  • 錯体化学
  • Inorganic chemistry
  • Electro chemistry
  • Coordination Chemistry
Research Field
  • Nanotechnology/Materials, Green sustainable chemistry and environmental chemistry
  • Nanotechnology/Materials, Inorganic/coordination chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Educational Background
  • 1992, Tohoku University, 理学研究科, 化学第二, Japan
  • 1992, Tohoku University, Graduate School, Division of Natural Science
  • 1986, Tohoku University, Faculty of Science, 化学第二, Japan
  • 1986, Tohoku University, Faculty of Science

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Affiliated academic society
  • THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY OF JAPAN
  • THE JAPAN SOCIETY FOR ANALYTICAL CHEMISTRY
  • 日本化学会
■ Research Themes
  • Design and preparation of effective electrodes for nitrate reduction
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2011 - 2013
    NAKATA Kou
    In this study, the relationship between the adsorption states of nitrate on Pd, Pt, and Rh electrodes and the reactivity was reported. The reason for the increase of reactivity of nitrate reduction by Sn modification was also discussed. The results from IR measurements showed that unidentate nitrate was the reactive species. The unidentate nitrate can be easily protonated, which facilitates the cleavage of N-O bonds, and the reduction is carried out. For the electrode modified by Sn, the increase of reactivity of nitrate reduction is given by the interaction between O in the adsorbed nitrate and Sn, which facilitates the cleavage of N-O bonds and the reduction of nitrate.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 23550175
  • Surfacede sign for highly efficient electrochemical detoxification of nitrate
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2005 - 2007
    SHIMAZU Katsuaki; YOSHINAGA Yusuke; NAKATA Kou
    1. Reduction of nitrate and nitrite ions was conducted on five kinds of tin-modified noble metal electrodes. The metal-dependences of electrocatalytic activity and the accessibility of the electrode to the selective N_2 production, which was calculated based on ratios of numbers of cleaved N-O bonds, formed N-N and N-H bonds to those required for the production of N_2, were determined. These results provide the important guide in designing highly active and high N_2-selective electrocatalysts.
    2. Structure and reactivity of the adsorbed species formed from nitrate and nitrite ions, and NO were examined infrared spectroscopy. The following new and useful information about the reaction mechanism was obtained. (1) The adsorbed species from nitrate was unidentate nitrate. (2) The reduction rate of linear NO was faster than that of bridged NO. (3) Tin atoms used as the modification of Pd electrodes enhanced the reduction rate of the adsorbed NO.
    3. Sn-noble metal binary metal electrodes were prepared by the successive adsorption of Sn^<2+> ion and Pt- or Pd-complexes on polycrystalline gold electrodes. Although the loading of noble metal was less than 0.3 g cm^<-2> because it was determined by the adsorption amount of the complexes at a monolayer level, these electrodes showed very high catalytic activity for nitrate reduction. Therefore, it is proved that this new method for reducing the loading of noble metal on the electrode is useful.
    4. Multilayers of Sn/Pd/Au and Sn/Pt nanoparticles were constructed on self-assembled monolayers. The three-dimensional extension of reaction sites up to 2-3 layers was clarified. In addition, we develop the novel method of preparing nanostructured surface using cyclodextrin as a molecular template. The reduction of molecular oxygen was also accelerated on the nanostructured surface constructed using an atomic template. These results show that it is important to prepare electrocatalysts with the structure controlled at a molecular level.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 17350075
  • 鋳型法による常温常圧での二酸化炭素クラスレートハイドレートの合成や熱的性質・構造
    科学研究費助成事業
    2002 - 2002
    市川 和彦; 中田 耕
    CO_2クラスレートハイドレート(包接水和物)は常温・常圧では自然界に存在しないし,生成することができない.本研究の目的は,鋳型法によって常温常圧でCO_2クラスレートハイドレート類似の物質生成とそのキャラクタリゼーションや熱的性質を明らかにすることである.
    <鋳型分子の設計と合成>水素結合によって水分子の三次元格子生成の鋳型の役割を果たす物質nitrilotris(2-benzimidazolylmethylsulfate)L1S^<3->の分子設計が必要である.-SO_3のO…Oが水分子の三次元格子に組み込まれる様な配置になっていなければならない.鋳型として機能するようなスルホン酸基間のコンホメーションを出現させるためにhelperの導入が必要である.そのhelperとして亜鉛(II)を用いて亜鉛化合物[L1SZn]^+を合成した.尚,当水溶性亜鉛化合物はcarbonic hydrase活性中心として二酸化炭素水和反応を促進させることができる.
    等モル数50mMのL1S^<3->とZn^<2+>を水中に溶解しpHを8.5に調製した.この水溶液にCO_2をバブルすると白濁しゲル状となった.このゲル状物質は,光学顕微鏡観察から50μm程度のフレーク状の粒子からなりたっていた.ゲル状物質はスルホン酸基の酸素原子と水分子によって形成された水素結合ネットワークから生成したと考えられる.亜鉛モデル化合物とCO_2との比が等モル数から成り立つクラスレートハイドレート様化合物であると考えられる.
    <ゲル状物質の熱的性質>当物質の生成熱と分解熱を熱分析測定装置等を用いて決定した.当生成熱ΔH_fは混合水溶液(等モル数50mMのL1S^<3->とZn^<2+>)に二酸化炭素バブリングによるゲル状物質生成反応のエンタルピー変化量(発熱)ΔH_fとなる.水溶液1l当り-4kJから-12kJの値で,pH依存性では極大を示した.ゲル状物質の分解熱ΔH_(ゲルから水蒸気,亜鉛化合物(固体),そして二酸化炭素ガスに分解)は35℃から60℃でおこり,ΔH_(吸熱)の値は15kJmol^<-1>前後から25kJmol^<-1>前後であった.
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 14654125
  • 硝酸イオンの電気化学的還元による水の浄化
    2002
    Competitive research funding
  • Electrochemical Reduction of Nitrate
    2002
    Competitive research funding
  • 石灰化酵素モデル錯体によるバイオミネラリゼーション機構の再現
    科学研究費助成事業
    1999 - 2000
    中田 耕
    前年度に引き続いて,3つベンズイミダゾールのベンゼン環上にスルホン酸基を導入したtris(2-benzimidazolylmethyl)amine型の水溶性配位子を用い,その亜鉛酵素モデルによるCO_2の水和について,change in pH indicator法によって水溶液中でのCO_2水和の速度定数を明らかにし,さらに酵素と同様に陰イオン性の阻害剤の効果も併せて検討した.その結果,本研究で得られた速度定数は,これまで報告されたCO_2水和の最も大きい速度定数を約3倍上回るものであることが明らかになった.この高い活性は,分子設計によって酵素中の亜鉛と同様の3つのイミダゾールと1つの水による四面体型構造と配位水の周囲に酵素同様の疎水的環境を再現したことによるものであると考えられる.阻害剤としては酵素系において代表的な阻害剤であるNCS^-とCl^-を用い,酵素系と同様に阻害剤としての効果はNCS^->Cl^-であることを明らかにした.
    また,本研究で用いた亜鉛錯体は,その水溶液にCO_2をバブルすると白濁しゲル状となる.固体^<13>C NMR,ガスクロマトグラフィー等の結果から,このゲル状物質はスルホン酸基と水分子によって形成された水素結合ネットワークにCO_2が包接された包接型水和物であることを明らかにすることができた.
    今後,この高い活性をもつCO_2水和酵素モデルにCa^<2+>との反応を担当するカルボキシル基(-COOH)を多く含む部分を付け加え,CO_2からCaCO_3を形成する石灰化酵素のモデルとして発展させる予定である.
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 11740363
  • 酵素活性中心モデル錯体の合成と反応
    Competitive research funding
  • 多核錯体の合成と性質
    Competitive research funding
  • Synthesis and reaction of active site model complex of enzyme
    Competitive research funding
  • Synthesis and Properties of Multinuclear Compounds
    Competitive research funding