Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
紅色光合成細菌由来の光活性部位は高等植物のものよりもシンプルな構造を有し、安定かつ容易に得ることができる。しかし、紅色光合成細菌由来のものは光エネルギーにより水を分解する触媒部位を持たないため、水を電子源とする光反応ができない。そこで、水の光分解可能な半導体光触媒を組み合わせることにより、水分解活性を付与し、新たなバイオハイブリッド光触媒を創製する。これにより、水を電子源とする光水素発生系への応用を目指す。
水を電子源とする光触媒系の開発は人工光合成において重要課題の一つである。水の光分解による酸素発生を触媒する生体触媒は光化学系II複合体(PSII)のMnCaO5クラスターが知られている。紅色光合成細菌の光収穫系１ー反応中心複合体(LH1-RC)はPSIIに比べシンプルな構造を有し、同程度の光誘起電荷分離反応（量子収率,約100％）を行うことができる。しかし、LH1-RCは水分解触媒部位をもたないため、優れた光電荷分離機能を触媒系に活用する手段が限定されている。本研究では、可視領域の光により水分解が可能な半導体光触媒（WO3, TaONなど）をLH1-RCと組み合わせたバイオハイブリッド体を作成することでこの問題を解決することを目的としている。２年間の研究期間において、(1)光半導体の光照射によ理、電子移動タンパク質（シトクロムc）への電子移動が可能となり、(2)還元型シトクトムcからLH1-RCへの電子輸送が確認できた。LH1-RCの光触媒作用による還元型キノンの生成を確認する過程で、半導体光触媒から直接キノンへの電子移動が起こることが認められた。この問題を克服するために、半導体光触媒とキノンが直接作用しないように、脂質二分子膜を用いるバイオハイブリッド系を開発した。LH1-RCと電子受容体の疎水性キノン（ユビキノン10）を脂質二分子膜中に再構成し、天然類似の光合成膜を作成した。これを用いて、水を電子源とし、半導体光触媒とLH1-RC（天然の光触媒）のバイオハイブリッド系の構築を行なった。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021 2020 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 1 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results, Invited: 4 results) Remarks (2 results)
J. Chem. Phys.
Volume: 156 Issue: 9 Pages: 095101-095101
10.1063/5.0077910
J. Phys. Chem. Lett.
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10.1021/acs.jpclett.1c01763
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
Volume: 405 Pages: 112790-112790
10.1016/j.jphotochem.2020.112790
Volume: 406 Pages: 112926-112926
10.1016/j.jphotochem.2020.112926
https://www.nitech.ac.jp/eng/news/2021/8826.html
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/niot-sia032321.php
