ヒドロゲナーゼと光合成の融合によるエネルギー変換サイクルの創成

通过氢化酶和光合作用的融合创建能量转换循环

• 批准号: 26000008
• 负责人: 小江 誠司
• 金额: $ 364.33万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014 至 2018
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26000008/
• 关键词: 燃料電池; 太陽電池; 合成化学; 酵素

本年度の主な研究実績は、(a)「水素/一酸化炭素-酸素/過酸化水素・燃料電池の開発」、(b)「ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼモデルによる水素と酸素の活性化機構の理論化学的考察」、(c)「新規ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼS-77の酸素耐性機構の解明」である。以下に、(a)～(c)の成果について、具体的に内容を記述する。・研究テーマ(a) : 前年度に、水素酸化酵素(ヒドロゲナーゼ)と一酸化炭素酸化酵素(一酸化炭素デヒドロゲナーゼ)をモデルとして、水素と一酸化炭素の両方を酸化できるアノード分子触媒を開発することで、水素/一酸化炭素・燃料電池を構築した。今年度は、酸素と過酸化水素の両方を還元できるカソード分子触媒を開発し、前年度のアノード触媒と組み合わせて、水素/一酸化炭素-酸素/過酸化水素・燃料電池の開発に成功した。過酸化水素は、燃料電池の駆動中に酸素の不完全還元によって副生し、触媒表面で高酸化活性を持つオキシルラジカル種に変換することで、電極触媒やプロトン電動膜を分解するため、電池の劣化の原因となっている。そのため、酸素と同様に過酸化水素を還元できる触媒の開発が必要とされている。酸素耐性ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼは、酸素を水に還元することが知られており、最近、過酸化水素の分解も報告されている。本研究では、酸素耐性ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼをモデルとすることによって、酸素と同様に過酸化水素を還元できる分子触媒を開発することができ、最終的に、水素/一酸化炭素-酸素/過酸化水素・燃料電池の構築に至った(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 15792)。・研究テーマ(b) : 酸素耐性ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼは、水素の酸化と酸素の還元の両方を触媒できる酵素である。自然界において、このように酸化と還元の両方の特性を示す酵素は特異であるため、酵素研究とモデル研究の両面から反応メカニズムの検討が行われてきた。昨年度、我々は、実験的観点から、ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼモデル錯体を用いて、水素と酸素の活性化メカニズムについて詳細な速度論的研究を行なった。今年度は、さらに理論化学的観点から、ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼモデル錯体による水素と酸素の活性化メカニズムについて検討を行い、これまでにない新たな知見を得ることができた。本研究により得られた成果は、酵素研究にフィードバックされるだけでなく、水素と酸素の活性化触媒の分子設計に有益なものである。・研究テーマ(c) : 当研究室で新規に単離したニッケル・鉄ヒドロゲナーゼS-77は、水素活性化能と酸素耐性能を両方持ち合わせる新しいヒドロゲナーゼである。この新規ヒドロゲナーゼS-77は、そのような特別な性質を持つことから、初めて固体高分子形燃料電池に適応することが可能となった。しかし、その水素活性化能と酸素耐性能の発現機構は不明であった。本研究では、S-77の還元型と酸化型を構造解析することによって、その発現機構を明らかにすることに成功した。

This year's main research results include: (a)"Development of water/monoacid carbon-acid/peracid water·fuel cell";(b)"Theoretical chemistry investigation of activation mechanism of water and acid";(c)"Explanation of acid resistance mechanism of new regulation of iron and acid". The results of (a) to (c) are described below. Research (a) : In the past year, the development of molecular catalysts for the acidification of water and carbon and the construction of water and carbon fuel cells. This year, the development of new molecular catalysts for the production of hydrogen peroxide and hydrogen peroxide has been successful, while the development of new catalyst assemblies for hydrogen peroxide/hydrogen peroxide and hydrogen peroxide fuel cells has been successful in the past year. Over-acidified water element is a by-product of incomplete reduction of acid element in fuel cell operation, high acidifying activity on catalyst surface, and decomposition of electrode catalyst and electrokinetic film. It is necessary for the development of catalyst. Acid resistance, iron resistance, acid resistance, water resistance, acid resistance, acid In this study, acid tolerance, iron resistance, and hydrogen peroxide were investigated. The results showed that acid tolerance, iron resistance, and hydrogen peroxide were the most important factors in the development of molecular catalysts. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 15792)。·Study on (b) : Acid tolerance, acidity, acid reduction and enzyme resistance. Nature's Acidification and Reproduction Characteristics of Enzymes In the past year, we have carried out detailed velocity theory research on the activation of water element and acid element. This year, the theoretical chemistry of the point of view, the iron and iron, the wrong body, the activation of water and acid, the middle of the study, the new knowledge, the right to see. The results of this study are beneficial to the molecular design of active catalysts for water and acid in enzyme research. Study (c) : When the laboratory is under new regulations, the new regulations are in place. The S-77 is a new type of catalyst. The new regulations are in place. This new regulation requires special properties of S-77 to be maintained and applied to solid polymer fuel cells. The mechanism for the development of water activation and acid resistance is unknown. This study is successful in analyzing the structural characteristics of S-77 and S-77.

项目成果

NOx Sensing Characteristics of Semiconductor Gas Sensors under Controlled Oxygen Activity Conditions Using a Proton-Conducting Electrolyte

• DOI: 10.1149/2.0361709jes
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of The Electrochemical Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: M. Nagao;Kazuyo Kobayashi;P. Lv;S. Teranishi;T. Hibino

Molecular Fuel Cell

分子燃料电池

• 发表时间: 2016
• 作者: Hirotaka Yuzurihara;Shuhei Mano and Hideyuki Tagoshi;松本 崇弘
• 通讯作者: 松本 崇弘

固体電解質膜を用いた各種プロトン型キャパシタの設計

使用固体电解质膜的各种质子型电容器的设计

• 发表时间: 2015
• 作者: Stevenson TJ;Yoshimura T;他34名;日比野高士
• 通讯作者: 日比野高士

Electrochemical Activation of Oxygen and Hydrogen for Material Conversion and Energy Storage

氧和氢的电化学活化用于材料转化和能量存储

• 发表时间: 2015
• 作者: Pedro Garcia Lopez;Alberto Montresor;Dick Epema;Anwitaman Datta;Teruo Higashino;Adriana Iamnitchi;Marinho Barcellos;Pascal Felber;Etienne Riviere;日比野高士
• 通讯作者: 日比野高士

Oxidation of Guanosine Monophosphate with O2 via a Ru-peroxo Complex in Water

通过水中的钌-过氧配合物用 O2 氧化单磷酸鸟苷

• DOI: 10.1002/asia.201801267
• 发表时间: 2018
• 期刊: Chem. Asian J.
• 作者: Takenaka;Makoto; Kikkawa;Mitsuhiro; Matsumoto;Takahiro; Yatabe;Takeshi; Ando;Tatsuya; Yoon;Ki-Seok; Ogo;Seiji
• 通讯作者: Seiji