高分子ハイドロゲルのミクロ相分離現象を利用した高効率人工光合成デバイスの構築

利用聚合物水凝胶微相分离现象构建高效人工光合作用装置

基本信息

批准号：
19J01659
负责人：
榎本孝文
金额：
$ 3.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和３年度は，これまでに作製した光機能性ミセルを化学的に接続し，集積化させるための「電子伝達高分子」に関する検討を行った．具体的には，poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)を主骨格とする高分子に，可逆的な酸化還元特性を有するビオロゲン部位を導入することで電子伝達能を有する高分子を合成し，その酸化還元特性の評価を行った．光水素発生反応においては，ビオロゲン誘導体が良い電子メディエーターとしてはたらくことが知られており，ビオロゲン骨格を有する高分子は，光水素発生ミセルを集積化させるために適切な電子伝達高分子であると考えられる．まず，NIPAAmとビニル基を有するビオロゲン誘導体を，精密ラジカル重合の一種である原子移動ラジカル重合で直接共重合する方法を試みたところ，ビオロゲン誘導体の還元によって重合が阻害されてしまい，高分子が得られないことが明らかになった．そこで，あらかじめ NIPAAmと１級アミノ基を有するモノマーである3-(N-aminopropyl)methacrylamide (NAPMAm) の共重合体を合成し，そこにカルボキシル基を有するビオロゲン誘導体を後修飾することで，目的とする骨格を有する高分子を得ることに成功した．得られた高分子の水溶液に対して化学還元剤を添加すると，ビオロゲン誘導体の還元体が生成することが確認された．更に，この高分子を色素および犠牲還元剤と共存させることで，可視光照射に伴うビオロゲン含有高分子への電子注入を確認した．これらの結果は，この高分子が電子メディエーターとしての機能を有していることを示唆するものである．以上，令和３年度の研究によって，光機能性高分子ミセルを集積化させるために重要な要素である「電子伝達高分子」の合成手法の確立と機能評価が達成された．

在2021财政年度，我们研究了“电子转移聚合物”，以化学连接和整合到迄今为止生产的光功能胶束。具体而言，通过将具有可逆氧化氧化特性的Viologen位点引入具有聚（N-异丙基酰胺）（PNIPAM）的聚合物（PNIPAAM）作为其主要的骨架，并评估其氧化归还特性，从而合成具有电子转移能力的聚合物。在磷水产生反应中，Viologen衍生物被称为良好的电子介质，而具有Viologen骨骼的聚合物被认为是合适的电子传输聚合物，用于整合亡光生成胶束。首先，我们尝试了一种方法，其中使用Atom转移自由基聚合，一种精确的自由基聚合，将具有NIPAAM和乙烯基基团直接共聚的Viologen衍生物直接共聚，并且揭示了Viologen衍生物的还原性抑制了聚合物，并且没有获得聚合物化。因此，我们已成功合成了NIPAAM和3-（N-氨基丙基）甲基丙烯酰胺（NAPMAM）的共聚物，该单体具有原代氨基组，并随后用羧基修饰了Viologen衍生物，并在其中修改了其中的羧基，从而获得了带有止回骨的聚合物的聚合物。据证实，当将化学还原剂添加到聚合物的水溶液中时，形成了还原的Viologen衍生物。此外，通过与染料和牺牲性还原剂共存该聚合物，确认了可见光照射后将电子注射到含Viologen的聚合物中。这些结果表明该聚合物充当电子介质。 2021年上述研究已建立用于电子转移聚合物的合成方法，这是光功能聚合物胶束和功能评估的重要元素。