Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
近年、再生可能バイオマスの主成分であるセルロース等の高分子多糖類を、電気化学的に直接酸化する新しい反応経路が見出された。本研究では、本反応経路を用い、電気化学触媒/溶媒界面構造をナノ～原子レベルで変化させ、電極触媒表面と高分子多糖類との吸着配向性や酸化活性などを任意に制御し、高分子多糖類の部位選択的電気化学酸化反応系の構築を目指す。さらに、本反応系を用いた応用課題として、界面構造の最適化により、植物細胞微小区画に含まれる細胞壁主成分(セルロース等)の濃度を、従来の分離・抽出操作を介さずに、常温常圧でon-site 測定可能な高分子多糖測定用電気化学センサーの提案・構築を目指す。
本研究により、セルロースの部位選択的電気化学酸化反応機構の解明に寄与する以下の重要な成果が得られた。異なる構造のヘキソースおよびペントースを用いて、CV、SWVおよびEQCMによる電気化学測定を行った結果、糖構造におけるOH基の有無およびその配向性が、糖の電気化学酸化還元特性および電極触媒表面における吸脱着挙動に影響を与えることが示された。また、異なる構造の二糖のOH基および配向性の影響を同様の方法で測定した結果、C2位およびC3位のOH基の有無およびその配向性が、電極/電解質界面における二糖の電気化学酸化特性および吸脱着挙動に特に影響を与えることが分かった。さらに、セルロースを構成する糖単位の数の増加に伴い、特定のOH基の酸化電流強度が増加する傾向が示された。セルロースの分子鎖長とセルロースの酸化電流密度およびセルロースの構成糖単位における特定のOH基とその酸化電位の間には、一定の規則性を伴った定量的な関係が存在することが示唆された。これらの結果は、セルロースの電気化学酸化反応機構の理解を深める基礎的知見の獲得だけでなく、セルロースの部位選択的酸化反応系の構築およびセルロースセンサーの開発の基礎となる重要な研究成果である。
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
