| 研究課題/領域番号 |
21K18998
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
桶葭 興資 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)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 相転移 / 電子 / 酸化還元 / 水素 / ビオロゲン / イソプロピルアクリルアミド / コイル・グロビュール / 人工光合成 / ゲル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
環境エネルギー問題の解決策として、可視光エネルギーにより水から水素や酸素を生成するクリーンなエネルギー変換システム「人工光合成」の実現が切望されている。本研究では特に、水素生成側の電子伝達反応において、電子輸送分子の拡散律速に依存しない、高分子のコイル・グロビュール転移を輸送駆動力とするシステム構築に挑戦する。ここではマーカス理論に基づいた電子輸送に有効な分子間距離を考慮した、電子輸送加速型の高分子ゲルシステムを設計する。
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| 研究実績の概要 |
持続可能な社会の実現を目指す科学技術に挑戦するため、本研究では、高分子のコイル・グロビュール転移を駆動源とした電子輸送組織の構築を目指し、特に、高分子の転移挙動を電子輸送の駆動源とした高分子担持型の触媒ナノ粒子を設計している。電子輸送分子Viologenの酸化還元変化に誘起される高分子のコンフォメーション変化（伸張/収縮）を利用して、新たな電子輸送メカニズムを提唱する。高分子の転移挙動を用いることで、拡散に依存していた律速段階の解決を目的とする。以下に主な研究内容を記す。
1.人工光合成ゲルの設計においてViologenは重要な電子輸送の役割を持つ。ここでViologenの酸化還元変化に伴って、相転移を示す共重合３元系の高分子の作製に成功した。Viologenの酸化状態で高分子は伸長、および還元状態で収縮した形態であることを明らかにした。
2. 上記の高分子が結合したPtナノ粒子の複合組織作製に成功した。これは、高分子が伸長収縮によって電子輸送に有効なPt触媒表面との距離に配置することがねらいである。得られた複合組織は、水中で分散安定状態を確認できており、光化学反応を開始させた際、高効率な電子輸送が期待できる。
上記の内容について本研究に関わる学会発表５件行い、活発な議論を通して進めた。これを基に本研究の多角的なアプローチが計画できており、三年目の研究を遂行するにあたり重要なステップを踏んだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度には学会発表５件を通して活発な議論を重ねた。オンライン形式による学会開催が続く中、セッション内の研究者間コミュニケーションを通して、これまでの進捗の重要性を示した。今後も持続可能な社会の実現に向けて、新しい材料設計チャレンジが期待される。特にコイル・グロビュール転移を示す高分子の設計について、順調に進んでいる。さらに触媒ナノ粒子と複合化にも成功しており、新しい複合物質が作製されている。これらは、マーカス理論にある電子輸送に有効な分子間距離を満たし、これまでの電荷分離を示すシステムにとっても重要なモデルとなることが期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も引き続き、高分子の作製・物性評価を進め、コイル・グロビュール転移を駆動源とした電子輸送組織の構築を目指す。研究計画の大きな変更は無く、本研究の大目的に挑戦する。高分子と触媒ナノ粒子の複合体の調製において、詳細な手法の構築、および物性評価を研究分担者と共に検討を進める。また、高分子とナノ粒子表面の距離について考察し、効果的な電子輸送について議論を進める。上記の研究内容を発信していくため、オンライン形式含めた国内外の学会にて発表、および査読付学術論文への発表を見据えている。
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