高分子ハイドロゲルのミクロ相分離現象を利用した高効率人工光合成デバイスの構築
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19J01659
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
榎本 孝文 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 人工光合成 / 光水素発生 / 高分子ミセル / 電子伝達 / 高分子集合体 / 光水素発生反応 / ブロック共重合体 / 重合誘起自己組織化 / コアシェル型ナノ粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
近年のエネルギー問題を背景として，太陽光のエネルギーを効率よく化学エネルギーに変換する手法の開発が求められている．本研究では，高分子ゲルのミクロ相分離現象を利用し，機能性ドメインの精密配置を実現することで，高効率な光-化学エネルギー変換システムの構築を目指す．すなわち，ポリマー鎖の精密合成によって色素ドメインや触媒ドメインのような機能性ドメインの形成およびその精密配置を誘起し，光反応系の効率的なエネルギーフローを合理的に設計可能とする．酸化触媒と還元触媒が精密配置された新規機能性ゲルを調製し，効率的な人工光合成システムの構築を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和３年度は，これまでに作製した光機能性ミセルを化学的に接続し，集積化させるための「電子伝達高分子」に関する検討を行った．具体的には，poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)を主骨格とする高分子に，可逆的な酸化還元特性を有するビオロゲン部位を導入することで電子伝達能を有する高分子を合成し，その酸化還元特性の評価を行った．光水素発生反応においては，ビオロゲン誘導体が良い電子メディエーターとしてはたらくことが知られており，ビオロゲン骨格を有する高分子は，光水素発生ミセルを集積化させるために適切な電子伝達高分子であると考えられる．
まず，NIPAAmとビニル基を有するビオロゲン誘導体を，精密ラジカル重合の一種である原子移動ラジカル重合で直接共重合する方法を試みたところ，ビオロゲン誘導体の還元によって重合が阻害されてしまい，高分子が得られないことが明らかになった．そこで，あらかじめ NIPAAmと１級アミノ基を有するモノマーである3-(N-aminopropyl)methacrylamide (NAPMAm) の共重合体を合成し，そこにカルボキシル基を有するビオロゲン誘導体を後修飾することで，目的とする骨格を有する高分子を得ることに成功した．得られた高分子の水溶液に対して化学還元剤を添加すると，ビオロゲン誘導体の還元体が生成することが確認された．更に，この高分子を色素および犠牲還元剤と共存させることで，可視光照射に伴うビオロゲン含有高分子への電子注入を確認した．これらの結果は，この高分子が電子メディエーターとしての機能を有していることを示唆するものである．以上，令和３年度の研究によって，光機能性高分子ミセルを集積化させるために重要な要素である「電子伝達高分子」の合成手法の確立と機能評価が達成された．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(28 results)
