共役炭素ナノ材料およびペプチド複合体による超広域光捕集系の構築

2016 年度 実績報告書

• 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
• 研究課題/領域番号: 15H00860
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山本 洋平 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40589834)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 光捕集 / 光触媒 / ペプチド / 金属ナノ粒子 / グラフェン / ポリマー / 水素発生 / エネルギー移動

研究実績の概要

[1] ペプチドβシート電荷分離系：DおよびA分子部位を付与した人工アミノ酸として、リシンの側鎖末端に金ナフタレンジイミドとポルフィリンを導入した分子を合成した。作製した人工ペプチドβシートを用いて、光照射下の導電挙動について確認した。光誘起電子移動効率（蛍光消光）、電荷分離状態の寿命（時間分解蛍光）や生成した電荷キャリアの輸送特性（時間分解マイクロ波電導度測定）、光起電デバイス構築による光電変換特性、およびオリゴペプチドのDAユニット数と光伝導性との相関について検討し、最適なユニット数を導いた。
[2] グラフェンーペプチド複合体：酸化グラフェンのカルボキシ基や水酸基とリシン側鎖との結合を利用して、酸化グラフェンーペプチド複合体を形成した。金属ナノパーティクル（金、銅など）を別のアミノ酸側鎖部位（システイン、グルタミン酸、ヒスチジン）に結合することにより、電子供与体／触媒ーペプチドー酸化グラフェン複合体を形成した。さらに、酸化グラフェンを還元し、グラフェン複合体とし、グラフェンの分散状態を保持した状態で表面に金属触媒を高密度に担持した。白金微粒子を担持したペプチドー酸化グラフェン複合体を用い、微粒子による触媒機能について検討し、高い触媒効率を実現した。
[3] 高分子マイクロ球体光捕集系：マイクロ球体間の超長距離エネルギー輸送（光閉じ込めと光伝達）により、特定のポリマー高分子マイクロ球体へ光エネルギーを集光し、球体間光伝搬と光捕集・エネルギー変換を実現した。酸化グラフェン等の高屈折率２次元層状物質で被覆したπ共役高分子マイクロ球体を用いた、広範囲光捕集を実現した。酸化グラフェンーπ共役高分子間における電荷分離状態の形成を確認した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Duisburg-Essen大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Duisburg-Essen大学
• [雑誌論文] Controlled Self-Assembly of Oligopeptides Bearing Electron Donor and Acceptor Units on the Side Chains to Form β-Sheets with Selective π-Stacking Configuration (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Nakayama, Kentaro Tashiro, Toshiaki Takei, Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 46 ページ: 423-425
  • DOI: 10.1246/cl.161112
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Peptide Cross-linkers: Immobilization of Platinum Nanoparticles Highly Dispersed on Graphene Oxide Nanosheets with Enhanced Photocatalytic Activities (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Mizutaru, Galina Marzun, Sebastian Kohsakowski, Stephan Barcikowski, Dachao Hong, Hiroaki Kotani, Takahiko Kojima, Takahiro Kondo, Junji Nakamura, Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 ページ: 9996-10002
  • DOI: 10.1021/acsami.6b16765
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conjugated Polymer Blend Microspheres for Efficient, Long-Range Light Energy Transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Soh Kushida, Daniel Braam, Thang Duy Dao, Hitoshi Saito, Kosuke Shibasaki, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Akinori Saeki, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Masashi Kijima, Axel Lorke, Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 10 ページ: 5543-5549
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b02100
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enwrapping Conjugated Polymer Microspheres with Graphene Oxide Nanosheets (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Aikyo, Soh Kushida, Daniel Braam, Junpei Kuwabara, Takahiro Kondo, Takaki Kanbara, Junji Nakamura, Axel Lorke, Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45 ページ: 1024-1026
  • DOI: 10.1246/cl.160504
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-assembled polycarbazole microspheres as single-component, white-colour resonant photoemitters (2016)
  • 著者名/発表者名: Soh Kushida, Shinnosuke Okabe, Thang Duy Dao, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Akinori Saeki, Masashi Kijima, Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 6 ページ: 52854-52857
  • DOI: 10.1039/C6RA10662E
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Color-Tunable Resonant Photoluminescence and Cavity-Mediated Multistep Energy Transfer Cascade (2016)
  • 著者名/発表者名: Daichi Okada, Takashi Nakamura, Daniel Braam, Thang Duy Dao, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Axel Lorke, Tatsuya Nabeshima, Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 10 ページ: 7058-7063
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b03188
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spherical resonators from π-conjugated polymers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 雑誌名: Polym. J. 巻: 48 ページ: 1045-1050
  • DOI: 10.1038/pj.2016.81
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 電子供与性および受容性分子を側鎖に付与したペプチドβシート (2017)
  • 著者名/発表者名: 中山徹、田代健太郎、山本洋平
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Optical and Laser Microcavities by Self-Assembly of Conjugated Molecules and Polymers (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: CeNIDE-NTHU-TIMS Joint Symposium
  • 発表場所: University of Tsukuba(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2017-03-10 – 2017-03-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled optical microcavities from conjugated polymers and macromolecules （π共役ポリマーおよび巨大分子からなる自己組織化マイクロ光共振器） (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: 九州大学OPERAセミナー
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2017-03-08 – 2017-03-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Peptide Closslinkers: Immobilization of Platinum Nanoparticles on Graphene Oxide Nanosheets with Enhanced Photocatalytic Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Mizutaru, D. Hong, H. Kotani, T. Kojima, T. Kondo, J. Nakamura, Y. Yamamoto, S. Kohwalcowski, G. Marzun, S. Barcikowski
  • 学会等名: ICARP2017
  • 発表場所: Ritsumeikan University(京都府京都市)
  • 年月日: 2017-03-02 – 2017-03-05
  • 国際学会
• [学会発表] Cavity-Mediated Long-Range Energy Transfer through Fluorescent Dye-Doped Polymer Microspheres (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto, Daichi Okada, Takashi Nakamura, Tatsuya Nabeshima
  • 学会等名: ICARP2017
  • 発表場所: Ritsumeikan University(京都府京都市)
  • 年月日: 2017-03-02 – 2017-03-05
  • 国際学会
• [学会発表] ペプチド架橋白金ナノ粒子－酸化グラフェン複合体による増強光触媒効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本洋平
  • 学会等名: 新学術領域「人工光合成」第５回最終シンポジウム
  • 発表場所: 東工大大岡山キャンパス(東京都目黒区)
  • 年月日: 2017-01-29 – 2017-01-30
• [学会発表] Conjugated Polymer Microspheres for Resonators and Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: MRS-J
  • 発表場所: 横浜情報文化センター(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2016-12-19 – 2016-12-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhanced Photocatalytic Properties of Graphene Oxide-Platinum Nanoparticle Complex Crosslinked by Peptides (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Mizutaru, Sebastian Kohwalcowski, Galina Marzun, Stephan Barcikowski, Yohei Yamamoto
  • 学会等名: IPC2016
  • 発表場所: 福岡コンベンションセンター(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-12-13 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Conjugated Polymer Spheres for Microresonators and Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: IPC2016
  • 発表場所: 福岡コンベンションセンター(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-12-13 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] 自己組織化共役ポリマー球体からのWGMレーザー発振 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本洋平
  • 学会等名: レーザー学会第497回研究会「有機固体レーザー」
  • 発表場所: JR博多シティ会議室(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-11-18 – 2016-11-18
  • 招待講演
• [学会発表] ペプチド架橋による白金ナノ粒子－酸化グラフェン複合体の増強光触媒効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水垂司、S. Kohsakowski、G. Marzun、S. Barcikowski、山本洋平
  • 学会等名: 第６回CSJ化学フェスタ
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2016-11-14 – 2016-11-16
• [学会発表] ペプチド架橋材を用いた金属ナノ粒子－酸化グラフェン複合体の形成と増強光触媒効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水垂司、Galina Marzun、Sebastian Kohsakowski、Stephan Barcikowski、山本洋平
  • 学会等名: 高分子学会関東支部茨城地区若手交流会
  • 発表場所: つくばセミナーハウス(茨城県つくばみらい市)
  • 年月日: 2016-11-10 – 2016-11-11
• [学会発表] Peptide Closslinkers: Redispersion of Agglomerated Metal Nanoparticles and Enhanced Photocatalytic Properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Mizutaru, Sebastian Kohwalcowski, Galina Marzun, Stephan Barcikowski, Yohei Yamamoto
  • 学会等名: AsiaNano2016
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
  • 年月日: 2016-10-10 – 2016-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] Polymorphic BODIPY-Doped Polymer Microcavities with Multicolor Resonant Photoluminescence and Color Conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Daichi Okada, Takashi Nakamura, Daniel Braam, Dao Thang, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Axel Lorke, Tatsuya Nabeshima, Yohei Yamamoto
  • 学会等名: AsiaNano2016
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
  • 年月日: 2016-10-10 – 2016-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] Conjugated Polymer Microspheres for Long-Range Energy Transfer Cascade and Whispering Gallery Mode Lasing (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: AsiaNano2016
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
  • 年月日: 2016-10-10 – 2016-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] Conjugated Polymer Spheres as Fluorescent Microcavities (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: Univ. Duisburg-Essen Seminar
  • 発表場所: Duisburg, Germany
  • 年月日: 2016-09-27 – 2016-09-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conjugated Polymer Spheres for Micro-Lighting and Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: Zing Conference, Organic Semiconductors
  • 発表場所: Dubrovnik, Croatia
  • 年月日: 2016-09-22 – 2016-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] ペプチド架橋金属ナノ粒子－酸化グラフェン複合体による増強光触媒効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水垂司、Sebastian Kohsakowski、Galina Marzun、Stephan Barcikowski、山本洋平
  • 学会等名: 第65回高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] 自己組織化共役ポリマー球体からの共鳴発光とレーザー発振 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本洋平
  • 学会等名: 九州大学先導研セミナー
  • 発表場所: 九州大学(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] Polymorphic Dye-Doped Polymer Microcavities with Tunable Multicolor Resonant Photoemission and Long-Range Energy Transfer Cascade (2016)
  • 著者名/発表者名: Daichi Okada, Takashi Nakamura, Daniel Braam, Thang Dao, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Axel Lorke, Tatsuya Nabeshima, Yohei Yamamoto
  • 学会等名: KJF-ICOMEP2016
  • 発表場所: ACROS Fukuoka(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Conjugated Polymer Blend Microresonators for Efficient, Long-Range Energy Transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Soh Kushida and Yohei Yamamoto
  • 学会等名: KJF-ICOMEP2016
  • 発表場所: ACROS Fukuoka(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Oligopeptide β-Sheets with RGD Side Chain (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Saito, Tohru Nakayama, Tsukasa Mizutaru, Yohei Yamamoto
  • 学会等名: IWP2016
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2016-09-02 – 2016-09-02
  • 国際学会
• [学会発表] Self-Assembled Conjugated Polymer Spherical Microresonators (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: ICSM2016
  • 発表場所: Guangzhou, China
  • 年月日: 2016-06-28 – 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] Conjugated Polymer Spheres for Fluorescent Microcavities (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: Seminar in UC Santa Barbara
  • 発表場所: サンタバーバラ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-06-03 – 2016-06-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conjugated Polymer Spherical Microcavities for Energy Conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Yohei Yamamoto
  • 学会等名: The Electrochemical Society 229th meeting
  • 発表場所: サンディエゴ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-05-29 – 2016-06-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] π共役分子を有するオリゴペプチドの自己組織化と電荷輸送特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中山徹、田代健太郎、山本洋平
  • 学会等名: 第65回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2016-05-25 – 2016-05-27
• [学会発表] Polymorphic Dye-Doped Polymer Microcavities with Tunable Multicolor Resonant Photoluminescence (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田大地、中村貴志、ブラーム ダニエル、タン ダオ、石井智、長尾忠昭、ロルケ アクセル、鍋島達弥、山本洋平
  • 学会等名: 第65回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2016-05-25 – 2016-05-27
• [備考] 筑波大学 数理物質系 物質工学域 山本研究室へようこそ
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~yamamoto_lab/Homepage_Japanese/toppu.html
• [備考] 高効率エネルギー移動を実現する有機フォトニクス材料を開発
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201605111400.html
• [備考] 単一の蛍光色素から４色の発光マイクロ球体をつくる ～多段階の高効率光エネルギー伝搬を実現～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201607041400.html
• [備考] 異素材の効率的複合化による新しい人工光合成材料を開発
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201703151400.html