• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実績報告書

水分解半導体光触媒/光合成反応中心バイオハイブリッドの作成と光触媒作用

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 20H05097
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

出羽 毅久  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70335082)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード光合成 / 反応中心複合体 / 半導体光触媒 / バイオハイブリッド / 酸素発生 / 水分解
研究実績の概要

酸素発生触媒部位をもたない紅色光合成細菌由来の光収穫系(LH1)ー反応中心(RC)複合体(LH1-RC)に対し、酸素発生活性を付与するために、半導体光触媒とのハイブリッド化し、水を電子源とするLH1-RCの光触媒系を構築することを目的とする。そのために、以下のことに取り組んだ。
(1) 半導体光触媒によるシトクロムcの還元反応:LH1-RCに電子輸送するための移動キャリアとなるシトクロムcと半導体光触媒との間での反応を調べた。光照射によりシトクロムcは半導体光触媒(酸化チタン(TiO2), 酸化タングステン (WO3), 硫化カドミウム (CdS), TaON)により還元されることが確かめられた。このことは、固体表面とタンパク質(シトクロムc)との接触により、半導体の伝導体に励起された電子がシトクロムcに移動したことを示している。この還元型シトクロムcは電子キャリアとして機能するので、電荷分離状態のLH1-RCのスペシャルペア(カチオンラジカル)を還元することが可能となるので、目的とする光触媒系の構築において非常に重要な手がかりを得ることができた。
(2) 半導体光触媒からシトクロムcを介したLH1-RCへの電子伝達:半導体光触媒(WO3)/シトクロムc/LH1-RC/ユビキノン0 (UQ0: 電子受容体)系で光触媒反応を調べた。反応の追跡はユビキノンの紫外吸収帯の変化により行った。光照射により還元型ユビキノンの生成が観察された。また、WO3からユビキノンへ直接電子移動が起こる可能性にも示された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルス感染症対策のために、2ヶ月間の研究室閉鎖とその後の対応のため、実験の遂行に遅延が生じた。

今後の研究の推進方策

現時点での半導体光触媒(WO3)/シトクロムc/LH1-RC/ユビキノン0 (UQ0: 電子受容体)系での反応の詳細を確かめる。また異なる光合成細菌由来のLH1-RC(シトクロムサブユニットを有するもの)を用いて、より効率よく半導体光触媒からの電子移動が起こる系を探索する。また半導体光触媒のスクリーニングも行う。
効率よく光触媒反応がおこる系が確立できれば、LH1-RCをバイオハイブリッド化(蛍光色素を結合)させることにより、より幅広い波長領域の光を吸収できるようにする。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Leeds(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Leeds
  • [雑誌論文] Enhanced light harvesting and photocurrent generation activities of biohybrid light-harvesting 1-reaction center core complexes (LH1-RCs) from Rhodopseudomonas palustris2021

    • 著者名/発表者名
      Kasagi, Genki; Yoneda, Yusuke; Kondo, Masaharu; Miyasaka, Hiroshi; Nagasawa, Yutaka; Dewa, Takehisa
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 405 ページ: 112790

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112790

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photocatalytic activity of the light-harvesting complex of photosystem II (LHCII) monomer2021

    • 著者名/発表者名
      Kondo, Masaharu; Matsuda, Haruka; Noji, Tomoyasu; Nango, Mamoru; Dewa, Takehisa
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 406 ページ: 112926

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112926

    • 査読あり
  • [学会発表] 紅色光合成細菌の光収穫系複合体の機能拡張と光電流発生反応2021

    • 著者名/発表者名
      出羽毅久
    • 学会等名
      第6回光合成細菌ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Extension of Light-Harvesting and Photocurrent Generation Activities of Biohybrid Light-Harvesting and Reaction Center Complexes Through Attachment of Artificial Chromophores2020

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Dewa
    • 学会等名
      nanoGe Fall meeting (Barcelona ON LINE meeting)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] バイオハイブリッド光収穫系による天然機能の拡張2020

    • 著者名/発表者名
      出羽毅久
    • 学会等名
      第2回ソーラー水素エネルギー研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 光収穫系と反応中心複合体の分子集合系での機能的結合の定量的評価2020

    • 著者名/発表者名
      出羽毅久・笠木元気・原田宏美・後藤あかり・近藤政晴
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] 蛍光色素結合による光収穫系1-反応中心複合体(LH1-RC)の光捕集能の増強効果2020

    • 著者名/発表者名
      笠木 元気・近藤 政晴・米田 勇祐・宮坂 博・長澤 裕・出羽 毅久
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] 光合成タンパク質-色素複合体の光捕集機能拡張:電荷分離と光電流発生への効果2020

    • 著者名/発表者名
      出羽 毅久・笠木元気・原田宏美・近藤政晴
    • 学会等名
      第30回バイオ・高分子シンポジウム
  • [学会発表] 水分解半導体光触媒/光合成反応中心バイオハイブリッドの作成と光触媒作用2020

    • 著者名/発表者名
      出羽毅久
    • 学会等名
      学術領域「革新的光物質変換」全体会議
  • [学会発表] 光合成での光収穫系と反応中心複合体の機能的結合:光電流発生反応による定量的評価2020

    • 著者名/発表者名
      出羽毅久・原田宏美・笠木元気・近藤政晴
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [学会発表] バイオハイブリッド光収穫系1-反応中心複合体(LH1-RC)のエネルギー移動および光電変換能2020

    • 著者名/発表者名
      笠木元気・近藤政晴・米田勇祐・宮坂 博・長澤 裕・出羽毅久
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 量子ドットを結合させた光捕集アンテナタンパク質複合体(LH2)の作成2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤菜月・山口晴佳・近藤政晴・坂本雅典・寺西利治・出羽毅久
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 光誘起水素発生を目指した膜貫通型タンパク質への光増感剤の組織化2020

    • 著者名/発表者名
      村田 颯太 ・小島 浩暉・近藤 瑶子・ 伊原 正喜 ・出羽 毅久 ・近藤 政晴
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [備考] RESEARCH NEWS

    • URL

      https://www.nitech.ac.jp/eng/news/2021/8826.html

  • [備考] EurekAlert!

    • URL

      https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/niot-sia032321.php

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi