Development of artificial photosynthesis system based on hybrid system with visible-light-driven semiconductor photocatalyst and bio-catalyst

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05245
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022-2023); Osaka City University (2021)
• Principal Investigator: Hgiashi Masanobu 大阪公立大学, 人工光合成研究センター, 特任准教授 (10711799)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 人工光合成 / 光触媒 / 光電極 / 生体触媒

Outline of Final Research Achievements

Artificial photosynthesis, which converts light energy into useful chemical substances, is attracting attention as a method to solve the environmental and energy problems that humanity is currently facing due to increased CO2 emissions. In this study, we attempted to construct a novel artificial photosynthesis system by combining an inorganic semiconductor photocatalyst and a biocatalyst. As a result, by using a photoelectrode system consisting of an oxynitride photoanode and a sulfide photocathode, a biocatalyst system consisting of the natural coenzyme NADH (reduced nicotinamide adenine dinucleotide) and lactate dehydrogenase (LDH), and a rhodium complex connecting the photoanode system and the biocatalyst system, we have demonstrated that biocatalytic reaction proceeded via NADH regeneration using water as an electron source under visible light irradiation.

Free Research Field

光触媒、光電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで生体触媒を使った反応の多くは、トリエタノールアミンなどの犠牲還元剤を使用しており、持続的な反応ではなかった。本研究では、酸窒化物光アノードと硫化物光カソードからなる光電極系を導入することで水を電子源にすることが可能となり、持続的な生体触媒反応が可能となった。またNADHは様々な酵素の補酵素として機能するため、本研究で水を電子源としたNADH再生系を構築したことによって、生体触媒反応系への応用が可能である。
ギ酸脱水素酵素は二酸化炭素をギ酸に変換する触媒であり、この系に導入することで水を電子源に二酸化炭素を水素のエネルギーキャリアとして利用されるギ酸に変換できるため社会的意義は大きい。