| 研究領域 | 人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合 |
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| 研究課題/領域番号 |
24107004
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
工藤 昭彦 東京理科大学, 理学部, 教授 (60221222)
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| 研究分担者 |
井上 和仁 神奈川大学, 理学部, 教授 (20221088)
酒井 健 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30235105)
加藤 英樹 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (60385515)
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| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| キーワード | 人工光合成 / 水素製造 / 光触媒 / 光分子デバイス / 金属錯体 / ニトロゲナーゼ / シアノバクテリア / 銅含有酸化物 |
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| 研究実績の概要 |
工藤は，積層構造やダブルぺロブスカイト構造を持つニオブやタンタル系複合酸化物光触媒を多数開発した。さらに，イリジウムやロジウムをドーピングしたチタンやニオブ系複合酸化物光触媒が，可視光応答性を示すことを明らかにした。さらに，ドーピングされた遷移金属が形成するエネルギー準位を決定することに成功した。
井上は，取り込み型ヒドロゲナーゼHupLを破壊したシアノバクテリアNostoc sp. PCC 7422 ΔHupL株をブチル栓で密閉したガラス容器で培養し、培地組成、培養気相の組成を変えて水素生産を調べた。その結果、窒素栄養を含まない培地に移してから2日後に水素生産が始まり、培養気相中の窒素ガス濃度1％程度、二酸化炭素濃度5％の時に水素生産の持続性が最も良いことが判った。シアノバクテリアを水素ガスバリアー性プラッスチック膜で熱融着させた密閉バッグに入れて培養すると、ガラス容器で培養するよりも水素蓄積量が1.3倍程度増大した。
酒井は，分子内に電子貯蔵部位としてビオローゲンを複数有する白金錯体や白金ターピリジン二核錯体が、犠牲還元試薬の存在下、単分子で光化学的な水素生成を駆動することを見出す等、これまでに例のない光水素生成分子システムの構築に成功した。
加藤は，Cu(I)を含有するCu3xLa1-xTa7O19が，水素生成に対して活性な新規の可視光応答性光触媒であることを見出し，Cu(I)が可視光応答性発現に重要な役割を担っていることを明らかにした。このように，Cu(I)含有酸化物が可視光応答性光触媒として有望であることを見出した。
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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
数々の新しい光触媒材料の開発に成功した。この中で，Cu(I)が可視光応答性発現のために有効な構成元素であることを明らかにしたことは重要な知見であり，この知見を基にさらに新規な光触媒開発が可能になる。また，当初の研究計画以上に数多くの金属錯体が、水素生成並びに酸素生成触媒機能を有することを新規に見出した。一方で，遺伝子改変したシアノバクテリア株の光水素生産性について、培地組成や培養気相成分の制御による水素生産の最適条件が得られた。このように，数多くの新たな材料開発や知見の取得に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
クリスタルエンジニアリングに基づく新規ソーラー水素製造光触媒の開発を行う。Cu(I)を含有する新規酸化物を合成することで新規可視光応答性光触媒の開発を行っていく。また，今後も当初の研究計画通りに、分子触媒を用いた犠牲試薬を必要としない水の完全分解反応系の構築を試みる。一方で，シアノバクテリアのニトロゲナーゼの活性中心Fe-Moコファクターを結合するホモクエン酸の合成能を欠損させた改良株、 Fe-Moコファクター近傍のアミノ酸を部位置換した株について光水素生産性を調べる。アンテナ削減株、タイプの異なるニトロゲナーゼを優先して発現する株を遺伝子工学により作製する。また，水素低透過性プラスチック膜を利用したバイオリアクターの開発を目指し、水素バリアー性プラスチックを用いて密閉バッグ内部にシアノバクテリアを入れ、その生育状態、水素蓄積性等の基礎的データを得る
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