分子研、植物より高効率で酸素を生む触媒を開発 - 人工光合成実現に前進

 

分子科学研究所(分子研)は2月12日、植物の光合成よりも高い効率で水から酸素を発生する化合物を開発したと発表した。

同成果は分子研の正岡重行 准教授(総合研究大学院大学 構造分子科学専攻 准教授)、近藤美欧 助教、総合研究大学院大学の岡村将也氏らの研究グループによるもので、2月10日付の英科学誌「Nature」のオンライン速報版で公開された。

エネルギーおよび環境問題を解決する方策として、太陽光のエネルギーを貯蔵可能な化学エネルギーへと変換する人工光合成技術が注目を集めているが、酸素発生反応の効率の低いことが実現の障害となっている。酸素発生反応では、水分子が酸素分子、水素イオン、電子に分解されるが、この反応は非常に起こりにくいため、これを促進して酸素を効率よく発生させる高活性な触媒の開発が課題となっている。

植物の光合成では、タンパク質複合体である光化学系IIに存在する酸素発生錯体が高活性な酸素発生触媒として機能することが知られている。この酸素発生錯体を生体から取り出して触媒として使用することは非常に難しいため、人工的にデザインされた金属錯体を用いた酸素発生触媒の開発が試みられてきた。しかし、人工光合成の実現に必要とされる、天然の光合成に匹敵する高い活性、高耐久性、安価という3つの条件を満たす酸素発生触媒の開発は報告されていない。

今回の研究では、植物の光合成で酸素発生触媒の役割を持つタンパク質複合体の中に存在する錯体の構造に注目し、その機能を人工的に模倣して、鉄イオンと有機分子を組み合わせた鉄錯体を新たな触媒分子としてデザインした。検証の結果、この鉄錯体は触媒として高い酸素発生速度と高い耐久性を示し、植物の光合成よりも良好な触媒性能を持つことがわかった。

同成果について研究グループは「人工光合成技術の進展に向けた大きな一歩です。さらに、植物に学ぶ触媒分子のデザイン戦略は、人工光合成の反応を含めた物質変換反応における触媒開発に重要な指針を与えうるものです。今後、触媒分子をさらに最適化することにより、エネルギーや環境問題の解決に貢献する高性能な触媒の開発につながると期待されます。」とコメントしている。

今回開発した鉄錯体の構造



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