Innovative and efficient materials conversion by bio-inorganic photocatalyst

生物无机光催化剂创新高效的材料转化

基本信息

批准号：
21K18213
负责人：
石原達己
金额：
$ 16.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18213/
关键词：
光触媒バイオ触媒物質変換

项目摘要

本研究では大きく①無機光触媒の高性能化、高効率化、②バイオ光触媒の高活性化と新しい反応を生じることが可能な酵素系の探索、③MVの側鎖やπ電子系の延長による最適の酸化還元対の探索、④光電気化学セルへの展開という課題で構成される。本年度は①可視光の利用を目的に種々の色素による修飾効果を検討した。その結果、Eosin Yで修飾したTiO2は620nmにEosin Y に特徴的な吸収を有しており、可視光での励起によりMVを還元できることを明らかにした。そこで、遺伝子組み換えした大腸菌と組みあわせ、水の分解を検討したところ、620nmの入射光に対して量子収率4.4%を示し、太陽光エネルギー変換効率2.5%を安定に示すことを見出した。②遺伝子組み換え型の大腸菌における水の分解における水素の生成速度に及ぼす共存ガスの効果を検討した。その結果、CO2を共存させると明らかにH2の生成速度が向上できることを見出した。この理由を検討しているが、遺伝子組み換えによりヒドロゲナーゼを発現した大腸菌の水素生成速度が向上できるためであることを見出した。一方、新しい酵素系の探索ではメタンモノオキシナーゼに着目し、育成を行った。その結果、CH4, O2中で育成したメタンモノオキシナーゼはアルコールを生成できることを示した。生成速度は、まだ小さく、活性を向上する方法を検討する必要がある。④電気化学セルへの展開では新たに電気化学的な2室型セルについて検討し、TiO2カソードに対して、電位を印加するとMVの還元速度がやや増加することを見出した。この条件では電流が流れず、活性のみが増加する非ファラデー型の活性の向上を行えることを見出した。酸素の発生も確認できた。通常のアノードへのTiO2の応用に比べ、カソードへの応用は、興味深い反応を進行できることが分かった。

这项研究的主要目标是（1）提高无机光催化剂的性能和效率，（2）寻找可以提高生物光催化剂的活化并产生新反应的酶系统，以及（3）通过扩展边开发最佳解决方案它包括氧化还原对的寻找和（4）光电化学电池的开发。今年，我们研究了各种染料的改性效果，目的是（1）利用可见光；结果表明，用曙红Y修饰的TiO 2 在620nm处具有曙红Y的吸收特性，并且可以通过用可见光激发来降低MV。因此，当我们将水与转基因大肠杆菌结合来研究水的分解时，我们发现它对于620 nm的入射光表现出4.4%的量子产率和2.5%的稳定太阳能转换效率。 ② 我们研究了共存气体对转基因大肠杆菌水分解过程中氢气产生速率的影响。结果，我们发现当CO2共存时，H2的产率可以明显提高。其原因正在调查中，并且发现经过基因改造以表达氢化酶的大肠杆菌的产氢率可以得到提高。同时，在寻找新的酶系统时，我们关注并开发了甲烷单加氧酶。结果表明，在CH4、O2中生长的甲烷单加氧酶可以产生酒精。生产率仍然较低，需要考虑提高活性的方法。 ④关于电化学电池的发展，我们研究了一种新型电化学双室电池，发现当对TiO2阴极施加电位时，MV的还原率略有增加。我们发现，在这些条件下，可以改善非法拉第活性，其中没有电流流动，只有活性增加。还确认了氧气的产生。研究发现，与通常将二氧化钛应用于阳极相比，应用于阴极时可以发生有趣的反应。