Design of hybrid particles with solid catalyst and enzyme for cascade catalytic reactions

用于级联催化反应的固体催化剂和酶杂化颗粒的设计

• 批准号: 17KK0124
• 负责人: 石井 治之
• 金额: $ 8.82万
• 依托单位: Yamaguchi University (2018-2022)Tohoku University (2017)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018 至 2023
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17KK0124/
• 关键词: 金ナノ粒子; 固体触媒; 酵素; カスケード反応; マイクロチューブ; グリーンケミストリー; ３次元集積体; ナノ粒子; ナノ材料; 触媒・化学プロセス; 化学工学; ナノバイオ

触媒ナノ粒子は高い表面積に起因する優れた触媒能に加え、繰り返し利用できるのが特徴である。また、近年では酵素が行う各種酸化・還元反応を触媒することが報告されている。酵素の代替の可能性が検討されている。温和な条件で分子特異的に各種反応を触媒する酵素は環境低負荷な工業プロセスを実現可能である一方で、高価であることや安定に運転できる反応条件が限られていること、また一度失活すると再生が困難であることなど改良すべき課題も多い。本研究では触媒ナノ粒子を活用した新たな触媒反応プロセスの開発を目指す。例えば、温和な条件で新たな材料創成となる反応プロセスの構築や、酵素や固体触媒などの触媒能を組み合わせた反応（カスケード反応など）の実現を目的に研究を行う。2022年度は、まず金ナノ粒子および触媒能に着目し、各種酸化・還元触媒触媒反応を迅速に評価できる比色法を確立した。触媒ナノ粒子を評価する一般的な還元反応において、一次反応から生成物の分解あるいは変換反応に移行する現象を捕えることができた。また、前年に引き続き、酵素活性が失活する反応条件において、金ナノ粒子の触媒能は維持されることがわかった。次に、金イオンの場合は、温和な条件でポリマーの酸化重合を効率的に触媒する条件を明らかにした。さらに前年度に特許出願した金マイクロチューブの最適条件やチューブ長を伸長できる条件を明らかにした。金ナノ粒子集積体は繰り返し使える触媒として期待できるだけでなく、電子デバイスの素材や医療材料など幅広い用途に利用でき得る。

The catalyst particles have high surface area, high energy and high utilization characteristics. In recent years, various enzymes have been reported to be active in the production of various acidifying enzymes. The possibility of enzyme substitution is discussed. Under mild conditions, various kinds of reaction catalysts are produced under low environmental load. However, under high environmental load, stable operation and reaction conditions, it is difficult to regenerate. This study is aimed at the development of new catalyst particles. For example, under mild conditions, new materials were created, and the structure, enzyme, and solid catalyst were combined to form a reaction system. In 2022, the colorimetric method for rapid evaluation of various acidification and reduction catalyst reactions was established. The catalyst particles are evaluated in general, and the decomposition and migration of the products in the primary reaction are investigated. The enzyme activity is inactivated under the condition that the catalytic activity of the metal particles is maintained. In the case of secondary, secondary and tertiary conditions, the acidification rate is higher than that of primary and secondary conditions. In the past year, the most suitable conditions for the issuance of licenses were as follows: Gold particle aggregates are used as catalysts, electronic materials, and medical materials.

项目成果

環境に優しく簡便な金ナノ粒子材料開発プロセス（ポスター）

环保简单的金纳米粒子材料开发流程（海报）

• 发表时间: 2022
• 作者: Yin;M.;Zheng;X.;Blumers;A.;Nakakura;M.;Nakajima;H.;Hasegawa;Y.;Karniadakis;G.;〇石井治之
• 通讯作者: 〇石井治之

石井研究室ホームページ

石井研究所主页

金属ナノ粒子水分散液中でのナノ粒子マイクロチューブの作製

金属纳米粒子水分散体中纳米粒子微管的制备

• 发表时间: 2023
• 作者: 〇幡井和哉;吉原雅人;石井治之
• 通讯作者: 石井治之

環境低負荷な金ナノ粒子材料開発プロセスの検討（ポスター）

低环境影响的金纳米粒子材料的开发过程研究（海报）

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉原雅人;幡井和哉;〇石井治之
• 通讯作者: 〇石井治之

Handling of nanoparticle dispersions for novel material designs

用于新型材料设计的纳米颗粒分散体的处理

• 发表时间: 2022
• 作者: Itoh;T.;Hasegawa;Y.;Haruyuki Ishii
• 通讯作者: Haruyuki Ishii