| Project/Area Number |
23K04686
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
福住 俊一 筑波大学, 数理物質系, 研究員 (40144430)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 人工光合成 / 光化学系Iモデル / 光化学系IIモデル / NAD(P)H / 分子触媒 / 水の酸化 / 光化学系I, II / 太陽燃料 / 電子移動 / レドックス触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、まず光化学系IIモデルと光化学系Iモデルの触媒系を最適化する。次に水を電子源としてNADP補酵素をNADPH補酵素に還元できる光化学系Iと光化学系IIの複合分子モデル系を構築する。さらにNADPH補酵素による二酸化炭素還元触媒系を構築し、光化学系Iと光化学系IIの複合分子モデル系と組み合わせることで水を電子源とする二酸化炭素還元触媒系を構築し、効率的な太陽燃料の製造プロセスを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初の研究計画に従って、光化学系IIモデルとして太陽エネルギーを利用し、水の酸化触媒として鉄(II)錯体を用いて、水によりプラストキノン類縁体であるキノン類を還元してヒドロキノンを得た。また、光学系Iモデルとして太陽エネルギーを利用し、9-メシチル-10-メチルアクリジニウムイオンを分子光触媒、コバロキシム錯体をNAD(P)還元触媒として用いて、ヒドロキノンを電子、プロトン源として、位置選択的にNAD(P)Hを得た。さらに光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)を液膜で融合し、キノン／ヒドロキノンを触媒サイクルとして回すことにより、光合成と同じく太陽エネルギーを利用し、水を電子、プロトン源としてNADPを位置選択的に還元してNADPHを生成することに初めて成功した。これは光合成の量論（水を電子、プロトン源とするNAD(P)Hの生成）を初めて実現した例となる。この研究成果はJ. Am. Chem. Soc.に報告した; Young Hyun Hong, Madhuri Nilajakar, Yong-Min Lee, Wonwoo Nam,* and Shunichi Fukuzumi, Artificial Photosynthesis for Regioselective Reduction of NAD(P)+ to NAD(P)H Using Water as an Electron and Proton Source, J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5152－5161.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)を液膜で融合し、キノン／ヒドロキノンを触媒サイクルとして回すことにより、光合成と同じく太陽エネルギーを利用し、水を電子、プロトン源としてNADPを位置選択的に還元してNADPHを生成することに初めて成功し、その研究成果をJ. Am. Chem. Soc.に出版できた; Young Hyun Hong, Madhuri Nilajakar, Yong-Min Lee, Wonwoo Nam,* and Shunichi Fukuzumi, Artificial Photosynthesis for Regioselective Reduction of NAD(P)+ to NAD(P)H Using Water as an Electron and Proton Source, J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5152－5161. このように当初の計画より早く光合成の量論（水を電子、プロトン源とするNAD(P)Hの生成）を実現できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)の反応機構を反応中間体の検出及び速度論解析により明らかにする予定である。また、水から水素だけでなく、過酸化水素を太陽燃料として製造する過程についてもより安価で効率的な触媒システムを開発する。光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)と融合して生成するNADHについてはNADH依存酵素と組み合わせることにより水を電子、プロトン源とする二酸化炭素固定化反応など様々な還元反応を開発する。また、これまでの研究成果をまとめた総説および著書を出版する予定である。
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