Design of artificial photosynthetic gels driven by coil globule transition for electron transport

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18998
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: Okeyoshi Kosuke 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (50557577)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 俊 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (20610067)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 相転移 / 高分子 / 酸化還元 / 電子 / 触媒 / 水素 / イソプロピルアクリルアミド / ビオロゲン

Outline of Final Research Achievements

In order to contribute to the realization of a sustainable society, we designed an artificial photosynthesis system that incorporates phase transition of polymers. By using the coil-globule transition of polymers as the driving force for electron transport, we aim to solve the problem of diffusion-limited electron transport. This active electron transport model is based on precise polymer design, and it would become a useful molecular control that satisfies the effective electron transfer distance conditions estimated by Marcus theory. Similar to the reaction field provided by the thylakoid membrane of actual chloroplasts, polymer networks are expected to play an important role in the electron transportation among multiple functional molecules.

Free Research Field

高分子科学、光化学、ソフトマター

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

環境エネルギー問題を背景に、太陽光エネルギーを用いた水の完全分解に関する研究では、可視光の利用や物質変換の反応場が重要課題とされてきた。太陽光によって無尽蔵にある水から水素と酸素をつくる技術が成熟すれば、水素エネルギー社会や究極の物質循環系への移行が現実的となる。そこで我々は、光合成を行う葉緑体の高次構造にインスパイアされ、そのエネルギー変換に着目した。ここで、反応場として高分子網目を精密に導入することは学術的にも重要課題である。