ナノ生体触媒の創成を指向したニトロゲナーゼ酵素の鉄-硫黄活性中心のデザイン制御

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15550129
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 中嶋 敦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30217715)
• キーワード: ニトロゲナーゼ / 生体模倣機能触媒 / 有機金属クラスター / 自己組織化単分子膜 / ソフトランディング法

研究概要

本研究では、研究視点を「生体酵素ニトロゲナーゼの活性中心の固体表面上への展開」に軸をおいて、生体酵素の活性中心の機能の解明とその機構に基づく新しい人工触媒単位の提案を行なうことを目的としている。本年度は、昨年度に引き続き複合ナノクラスターの機能評価と探索を行ない、レーザー蒸発分子ビーム法で生成する希土類有機金属クラスターについて、電子物性評価と生成機構の解明を行なった。また、有機金属クラスターを題材として、ソフトランディング法に用いる基板に、金基板上の自己組織化単分子膜(SAM)とともにシリコン基板の自己組織化膜を利用する手法の確立を進め、生体模倣機能触媒への展開をはかる要素技術を拡充させた。
金属と有機配位子が交互に配列した多層サンドイッチ構造をもつ希土類有機金属化合物であるユウロピウムとシクロオクタテトラエンを組み合わせたサンドイッチ錯体では、多層化が約20層にまで及ぶナノワイヤー化が起こることを明らかにするとともに、その生成機構を考察した。すなわち、各サイズごとのイオン化エネルギー(IE)および電子親和力(EA)を決定することで、電荷移動によってナノワイヤーが効率的に生成していることを解明した。一方、この錯体負イオンの光電子スペクトルについて、その遷移エネルギーに関して精密な理論解析を量子化学計算を用いて行ない、それぞれのスペクトルの振る舞いを説明する理論モデルを構築することに成功した。また、気相合成した1:2組成のバナジウム-ベンゼンサンドイッチクラスター正イオンを、アルカンチオールのSAMで修飾された基板へソフトランディングさせた。SAMの鎖長変化に伴う担持クラスターの熱的安定性の変化を昇温脱離法と反射吸収型赤外分光法により観測した。SAMの鎖長が長くなるにつれて、基板からのクラスターの脱離温度は高温側へとシフトし、熱的安定性が向上するとともに、クラスターの配向が変化することを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Lanthanide Organometallic Sandwich Nanowires : Formation Mechanism (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Hosoya, A.Nakajima 他
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 109・1 ページ: 9-12
• [雑誌論文] Electronic Structures of Exohedral Lanthanide-C_<60> Clusters (2004)
  • 著者名/発表者名: J.Suzumura, A.Nakajima 他
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 121・6 ページ: 2649-2654
• [雑誌論文] Ferromagnetism in One-Dimensional Vanadium-Benzene Sandwich Clusters (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Miyajima, A.Nakajima 他
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 126・41 ページ: 13202-13203
• [雑誌論文] Photoelectron spectroscopy of pyrene cluster anions, (pyrene)_n^-, (n=1-20) (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Ando, A.Nakajima 他
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 389・3,4 ページ: 279-283
• [雑誌論文] Coexistence of two different anion states in polyacene nanocluster anions (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Mitsui, A.Nakajima 他
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 121・16 ページ: 7553-7556
• [雑誌論文] Negative ion photoelectron spectroscopy of acridine molecular anion and its monohydrate (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Kokubo, A.Nakajima 他
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 121・22 ページ: 11112-11117
• [図書] 触媒活用大事典 (2004)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 敦(分担執筆)
  • 総ページ数: 1134
  • 出版者: 工業調査会