2017 Fiscal Year Research-status Report
Bio-assisted nanophotocatalysis for solar-hydrogen
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17K06011
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
有馬 ボシールアハンマド 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (30596549)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 水素製造 / ナノコンポジット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では光触媒(TiO2, CdS)による水の光分解から水素製造に及ぼすバイオ分子（バクテリオロドプシン(bR)等）の効果と水素製造の機械解明を目的としている。これまでの研究ではバクテリアからbRバイオ分子の精製とｂRのキャラクタリゼーションを行った。その結果、bR の吸収ピークは波長568 nm であることが分かった。精製したbR及びTiO2を用いて水の光分解から水素製造の評価を行ったところ、可視光照射の下TiO2のみのときよりｂRバイオ分子を加えた時、TiO2の水素製造の増加が見られた。可視光吸収によりｂRからのTiO2励起電子の注入により水素製造量が増加したと考えられる。また、水熱合成法を利用し、アミノ酸の一つであるヒスチジンと硫化カドミウムの複合体ナノ粒子の合成に成功した。合成したナノ粒子を用いて水素製造を評価したところ、これまで世界で発表された速度より高い水素製造速度（4080 micro mole per gram per hour）を確認できた（特許申請検討中）。粒子サイズが小さくなり光触媒の表面積が大きくなったことで水素製造量が増加したと考えられる。また、長時間光照射中にも関わらず水製造の減少がなかったことからヒスチジンにより硫化カドミウムの光腐食の防止効果があると分かった。ヒスチジンを加えることで電荷分離の向上と共に硫化カドミウムの光腐食を防止できること考えられる。バイオ分子ｂRを用いてTiO2コーティングした複合体CdS （CdS＠TiO2コアーシェール型）ナノ光触媒によりさらに水素製造の増加が期待できると思われる。得られた結果を用いて国内学会発表3件と学術論文5件を発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究実験でバクテリアからのバイオ分子bRの精製とキャラクタリゼーションを行った。また、TiO2表面上に精製したｂRを物理吸着させ、可視光照射中に水の光分解から水素製造を確認できた。しかし、照射時間と共に水素製造量の減少が見られた。TiO2の表面に物理吸着したbRが脱着により水素製造量が減少すると思われる。これを防ぐ為にTiO2表面上に、ｂRの化学吸着が必要と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
bRを吸着したTiO2を用いて可視光照射中に水の光分解から水素製造を確認できた。しかし、水溶液中での反応なのでｂRの脱着が見られ照射時間と共に水素製造量が減少してしまうことが分かった。これは研究当初で予想された通りの結果である。これを防ぐ為にTiO2表面上に、ｂRの化学吸着の必要がある。そのために、リンカー分子(linker molecule)のメルカプトプロピオン酸を利用し結合（化学吸着）の実験を進める予定である。その後、予定通り水素製造の評価・最適化及び機構解明について実験を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
使用が出来る程金額ではないため。
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