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中田　耕 (ナカタ　コウ)

地球環境科学研究院　物質機能科学部門　分子材料化学分野助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(理学)
  • 理学修士
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 電気化学
  • 錯体化学
  • 無機化学
  • Electro chemistry
  • Coordination Chemistry
研究分野
  • ナノテク・材料, グリーンサステイナブルケミストリー、環境化学
  • ナノテク・材料, 無機・錯体化学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
学歴
  • 1992年, 東北大学, 理学研究科, 化学第二, 日本国
  • 1992年, 東北大学, Graduate School, Division of Natural Science
  • 1986年, 東北大学, 理学部, 化学第二, 日本国
  • 1986年, 東北大学, Faculty of Science

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 所属学協会
  • 電気化学会
  • 日本分析化学会
  • 日本化学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 高効率硝酸イオン還元電極の精密設計と実用化
    科学研究費助成事業
    2011年 - 2013年
    中田 耕
    本研究では，Pd，Pt，Rhについて硝酸イオンの吸着状態と硝酸イオン還元活性との関係，スズを修飾した貴金属電極の還元活性向上の理由について考察した．赤外分光法による測定結果から，貴金属電極による硝酸イオン還元の活性種は，単座型に吸着した硝酸イオンであると考えられる．単座型硝酸イオンでは硝酸イオンの酸素に対してプロトン付加が起こりやすいため， N-Oの結合解離を誘起することによって還元が起こるものと考えられる．スズ修飾電極では，活性の増大はスズが硝酸イオンの酸素と相互作用することによってN-Oの結合解離が促進されることに起因するものと考えられる．
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23550175
  • 硝酸性窒素の高効率電気化学的無害化のための界面設計
    科学研究費助成事業
    2005年 - 2007年
    嶋津 克明; 吉永 裕介; 中田 耕
    1.5種類のスズ修飾貴金属電極上における硝酸イオンおよび亜硝酸イオンの還元反応を検討し、活性および窒素選択生成到達度の貴金属依存性を決定した。窒素選択生成到達度は、N-O結合切断、N-NおよびN-H結合生成率をベースとしており、これより高活性かつ高N_2選択率の電極を設計する上で重要な指針が得られた。
    2.PtおよびPd電極上に、硝酸イオン、亜硝酸イオンおよび一酸化窒素から生成する吸着種の構造とその反応性を赤外分光法により検討した。Pt電極上に硝酸イオンが吸着すること、bridged NOに比べ linear NO の還元速度が速いこと、スズ修飾により吸着NOの還元速度が促進されことなど、硝酸イオンの還元反応機構に関連して新規で重要な情報を得た。
    3.多結晶金電極上にSn^<2+>イオンおよびPtおよびPd錯体を逐次的に吸着させて、Sn-貴金属二元電極を調製した。貴金属の担持量は錯体の単分子層吸着の状態で決まるため、担持量は0.3gcm^<-2>以下と極端に少ないにも関わらず、硝酸イオンの還元反応に対して高活性であった。したがって、貴金属担持量の低減化のための新規分散法として有用であることを立証できた。
    4.自己組織化単分子層上にSn/Pd/AuおよびSn/Ptのナノ粒子を積層した。硝酸イオンの還元反応に対して2-3層目までの反応場の拡張が可能であることがわかった。また、シクロデキストリンをテンプレートとして、反応場を微細設計する方法を開発した。原子テンプレートを使い構築したナノ制御界面では酸素分子の還元に向上がみられた。これらの結果は、電極触媒を原子・分子レベルで制御して構築できること、ならびにその重要性を示している。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 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年 - 2002年
    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年
    競争的資金
  • Electrochemical Reduction of Nitrate
    2002年
    競争的資金
  • 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年 - 2000年
    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
    競争的資金
  • 多核錯体の合成と性質
    競争的資金
  • Synthesis and reaction of active site model complex of enzyme
    競争的資金
  • Synthesis and Properties of Multinuclear Compounds
    競争的資金