2021 Fiscal Year Research-status Report
Inorganic-bio hybrid photocatalytic hydrogen production using a combination of microbial metal sulfide precipitation and hydrogenase reaction
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20K05230
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
本田 裕樹 奈良女子大学, 自然科学系, 助教 (90583849)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素生産 / 光触媒 / ヒドロゲナーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素は次世代のエネルギーキャリアとして注目される。一方、工業的な水素生産の大部分は化石燃料の消費に依存しており、再生可能エネルギー（特に太陽光）を用いる水素生産系への転換に期待が寄せられる。本研究は、光エネルギーによって駆動するクリーンな水素生産系の実現に資する新規な反応系の構築を目的として、無機半導体光触媒と生体触媒を組み合わせた無機-生体ハイブリッド型光触媒系による光バイオ水素生産を目指している。
方法として、微生物が有する金属硫化物半導体ナノ粒子の形成能と、高活性な水素生成酵素である[FeFe]-ヒドロゲナーゼを活用する。形成された硫化物半導体による光エネルギー変換と、そこで得られた還元力を用いる酵素での水素生産によって光駆動型水素生産が達成される。2020年度の成果として、大腸菌によって形成された金属硫化物半導体（硫化カドミウム、CdS）による光エネルギー変換能と、遺伝子工学的に付与した水素生成能の共役によって光駆動型水素生産系の構築に成功しており、2021年度は特に大腸菌によるCdS形成能の強化に焦点をあて、光エネルギー変換効率の向上を目指した。
2021年度は、これまで大腸菌に元々備わっている能力に頼っていたCdS形成を、遺伝子工学により積極的に強化した。具体的にはシステインからスルフィドを遊離する酵素の遺伝子を導入し、硫化物形成の基質であるスルフィドの濃度を高めることでCdSの量や質の変化を狙った。実際に、当該遺伝子導入によって、これまでよりも高濃度のCdイオン存在下でCdSを形成し量の向上が見込まれた。さらに、生成したCdSの単位重量当たりの光エネルギー変換能の向上も見出された。現在、CdSの量や質の変化を詳細に解析している。
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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
概ね計画通りに進行しており、研究成果を学会発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初に想定した無機―生体ハイブリッドによる光駆動型水素生産系の構築は達成されている。一方、現状の効率は低く改善が必要であり、2021年度は、大腸菌による硫化物半導体形成条件に関して重点的に検討し、光エネルギー変換能の向上を目指した。2021年度に行った硫化物形成の基質となるスルフィド合成を遺伝子工学的に強化することは、形成されるCdSの量や質を変化させ、光エネルギー変換効率の向上が見込まれた。今後は、形成されたCdSの量や質の変化について詳細な解析を加えるとともに、無機材材結合ペプチドの利用について検討する。光エネルギー変換能の強化によって、反応系全体としての光水素生産能の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
2021年度は学会の現地開催を見込んでいたが、オンラインに変更になり、旅費が費用になった。翌年度に物品費や旅費として使用する。
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Research Products
(1 results)
