| 研究課題/領域番号 |
23K04686
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32020:機能物性化学関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
福住 俊一 筑波大学, 数理物質系, 研究員 (40144430)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 人工光合成 / 光化学系Iモデル / 光化学系IIモデル / NAD(P)H / 分子触媒 / 水の酸化 / 光化学系I, II / 太陽燃料 / 電子移動 / レドックス触媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、まず光化学系IIモデルと光化学系Iモデルの触媒系を最適化する。次に水を電子源としてNADP補酵素をNADPH補酵素に還元できる光化学系Iと光化学系IIの複合分子モデル系を構築する。さらにNADPH補酵素による二酸化炭素還元触媒系を構築し、光化学系Iと光化学系IIの複合分子モデル系と組み合わせることで水を電子源とする二酸化炭素還元触媒系を構築し、効率的な太陽燃料の製造プロセスを開発する。
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| 研究実績の概要 |
当初の研究計画に従って、光化学系IIモデルとして太陽エネルギーを利用し、水の酸化触媒として鉄(II)錯体を用いて、水によりプラストキノン類縁体であるキノン類を還元してヒドロキノンを得た。また、光学系Iモデルとして太陽エネルギーを利用し、9-メシチル-10-メチルアクリジニウムイオンを分子光触媒、コバロキシム錯体をNAD(P)還元触媒として用いて、ヒドロキノンを電子、プロトン源として、位置選択的にNAD(P)Hを得た。さらに光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)を液膜で融合し、キノン／ヒドロキノンを触媒サイクルとして回すことにより、光合成と同じく太陽エネルギーを利用し、水を電子、プロトン源としてNADPを位置選択的に還元してNADPHを生成することに初めて成功した。これは光合成の量論（水を電子、プロトン源とするNAD(P)Hの生成）を初めて実現した例となる。この研究成果はJ. Am. Chem. Soc.に報告した; Young Hyun Hong, Madhuri Nilajakar, Yong-Min Lee, Wonwoo Nam,* and Shunichi Fukuzumi, Artificial Photosynthesis for Regioselective Reduction of NAD(P)+ to NAD(P)H Using Water as an Electron and Proton Source, J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5152－5161.
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画通り、光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)を液膜で融合し、キノン／ヒドロキノンを触媒サイクルとして回すことにより、光合成と同じく太陽エネルギーを利用し、水を電子、プロトン源としてNADPを位置選択的に還元してNADPHを生成することに初めて成功し、その研究成果をJ. Am. Chem. Soc.に出版できた; Young Hyun Hong, Madhuri Nilajakar, Yong-Min Lee, Wonwoo Nam,* and Shunichi Fukuzumi, Artificial Photosynthesis for Regioselective Reduction of NAD(P)+ to NAD(P)H Using Water as an Electron and Proton Source, J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5152－5161. このように当初の計画より早く光合成の量論（水を電子、プロトン源とするNAD(P)Hの生成）を実現できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)の反応機構を反応中間体の検出及び速度論解析により明らかにする予定である。また、水から水素だけでなく、過酸化水素を太陽燃料として製造する過程についてもより安価で効率的な触媒システムを開発する。光化学系IIモデル(PSII)と光化学系Iモデル(PSI)と融合して生成するNADHについてはNADH依存酵素と組み合わせることにより水を電子、プロトン源とする二酸化炭素固定化反応など様々な還元反応を開発する。また、これまでの研究成果をまとめた総説および著書を出版する予定である。
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