2020 Fiscal Year Research-status Report
Manipulation of Photofunctions of Inorganic Nanosheets Induced by Bioluminescence
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19K05407
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
鎌田 海 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (90315284)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光触媒 / ナノシート / 生体分子 / 半導体 / 発光酵素 / 発光タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度までに合成した可視光に応答して光触媒として機能しうる硫化モリブデンナノシート(MoS2NS)を用い、バイオルミネセンスによってMoS2NSが光触媒として駆動するか検討した。バイオルミネセンスとして酸化還元酵素の一つであるペルオキシダーゼにより触媒されるルミノール発光現象を、また、モデル光触媒反応として貴金属イオン（白金、銀）の光還元反応を利用した。ルミノール発光のエネルギーをMoS2NSが吸収し、MoS2NS内の励起電子が貴金属イオンを還元し、貴金属微粒子としてMoS2NS表面に析出すると予想された。
MoS2NSとペルオキシダーゼ、および発光物質であるルミノールの共存下で上述の光触媒反応の可能性を試験した。その結果、MoS2NSを光触媒として用いた場合、ルミノール発光の有無に関係なく貴金属元素がMoS2NS表面に析出し、MoS2NSが光触媒として機能していないことがわかった。これは、MoS2NSに含まれるMo4+が光エネルギーとは無関係に貴金属イオンを還元し、同時に自身は安定なMo6+に変化したためと考えられた。
そこで、代替の無機ナノシートとして化学的に安定な酸化物ナノシートを使い、同様の実験を実施した。ここでは鉄チタン酸ナノシート（Fe0.8Ti1.2O4(2-)、FTONS）を使用した。ルミノール発光の下で貴金属イオンの光還元実験を行うと、反応後にFTONSの表面に貴金属の析出が見られた。さらに、対照実験として実施したルミノールを発光させない暗実験では貴金属析出は観察されなかった。以上の結界より、FTONSを用いることでバイオルミネセンスにより光触媒的貴金属イオンの還元反応が実現することが明らかとなった。
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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
昨年度までに主に検討してきた硫化モリブデンナノシート（MoS2NS）を用いて光触媒実験を行ったところ予想通りの結果が得られなかったため、研究の進捗に半年ほど遅延が生じた。しかし、この検討結果を踏まえ、無機ナノシートとして化学的・光化学的に安定な鉄チタン酸ナノシート（FTONS）を用いることで、年度内に予期した光触媒反応を実現することができた。したがって、年度全体としておおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、バイオルミネセンスを駆動力とした無機ナノシートの光触媒反応の適用可能性を探る。具体的にはモデル光触媒反応として、これまで取り組んできた貴金属イオンの光還元以外の種々の酸化還元反応に対して実施する。とりわけ、酸化物ナノシートが本研究における光触媒として有用であることから、酸化物光触媒が高い活性を示す有機物の酸化的光分解を主な対象として検討する。さらに、希土類など蛍光元素を含む酸化物ナノシートを合成し、バイオルミネセンス励起による酸化物ナノシートの蛍光能を発現可能性について検討を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究計画の両輪となっている、バイオルミネセンスにより駆動する無機ナノシートの「光触媒能」および「蛍光能」のうち、後者について本年度までは未実施となっているため、次年度使用額が生じた。次年度は、蛍光能の発現に必要な希土類元素など比較的高価な試薬に該当分を充当する予定である。
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