2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K05625
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
山本 正浩 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 深海・地殻内生物圏研究分野, 研究員 (60435849)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電気化学 / 化学進化 / 深海熱水噴出域 / 硫化鉱物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
深海熱水噴出域を模した電気化学リアクターを用いて電気化学反応試験を行った。作用電極素材として様々なものを試行した。合成した硫化鉱物（硫化鉄、硫化ニッケル、硫化銅、硫化亜鉛、硫化コバルト、硫化マンガン、硫化モリブデンなど）、天然の鉱物（熱水噴出域由来の硫化鉱物、陸上鉱山由来の硫化鉄など）、人工的な電極素材（酸化インジウムスズ、チタン、グラファイトなど）を検討した。化学反応は、2-オキソ酸の還元的アミノ化反応や、有機酸の炭酸固定反応を主な標的として試行する一方で、微生物や生体有機分子と電極との相互作用についても検討した。これらの結果、同じ硫化鉄であっても、陸上鉱山由来のものと深海熱水域由来の硫化鉄で電気化学反応における電極の電気特性に大きな差が生じることに代表されるように、硫化鉱物の結晶構造で生成物に差が現れることが明らかになった。このことは、生命誕生以前の地球環境においてどのような鉱物が深海熱水鉱床で形成されていたかで、鉱物表面の電気化学反応の進行に強く影響が出ることを証明している。
また、アルカリ熱水噴出域の野外調査の中で、アルカリ熱水の電気化学計測を行った。その結果、酸化還元電位において、理論計算から導かれる予想値と実測値の間に大きな隔たりが生ずることが明らかとなり、理論計算のために必要な因子は不足していることが判明した。このことは、古代の熱水域における電気条件の予測が現時点で不十分であることを示唆しており、原因を明らかにすることが求められた。
これまでの深海熱水域における発電能力について調査した成果を論文をまとめ、ドイツ化学会誌Angewandte Chemie International Editionに公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
古代の熱水噴出域を模擬した電気化学セルにおいて様々な条件での検討を行えており、知見が集積させることができた。一方で、高温高圧条件下での実験を行うための手段がなく、それが鍵反応の生産性のボトルネックになっていることも示唆された。この条件での実験を可能にする測定系の構築と測定を来年度において行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
高温高圧条件を設定できる電気化学セルを構築し、より古代の熱水噴出域の環境に近い条件下で実験を行えるようにし、様々な反応の進行について観察を進める。また、航海調査において深海熱水噴出域の現場において電気化学実験を行う。実験室では再現できない条件下で実験を行えるため、貴重な知見が得られると期待できる。航海のシップタイムは既に確保している。さらに、航海で採取した鉱物試料について分析を行い電気特性を明らかにする。この年度では特にプロトンの移動性に照準を絞って解析を行うことで、生命の化学進化と熱水噴出域との関係性に新しい知見を与えることに挑戦する。
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| Causes of Carryover |
（理由）機構の運営交付金削減に伴い国内全体の調査航海のシップタイムが大幅に減少した。その結果として、本研究のためのシップタイムの確保ができず調査航海を次年度に延期したため、航海にかかる旅費や物品費の使用を次年度に回した。
（使用計画）電気化学実験と分析の消耗品を購入する。電気化学セル等の作成を行う。野外調査、学会発表等の旅費として使用する。
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