【特集】人工光合成
Artifi cial Photosynthesis

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特集にあたって
Preface

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福住俊一(大阪大学 大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 教授;ALCA(JST);梨花女子大学(WCU))


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人工光合成システム開発
Development of Artifi cial Photosynthesis

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福住俊一(大阪大学 大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 教授;ALCA(JST);梨花女子大学(WCU))

天然の光合成系を人工的に再現するためには,光捕集・電荷分離系,水の酸化ならびに還元触媒系を開発し,さらにそれらをシステムとして融合する必要がある。本稿では,人工光合成システムの設計指針ならびにクリーンな燃料である水素の吸蔵放出システムに関する最新の成果をCO2削減対策とあわせて紹介する。

【目次】
1.光合成の仕組み
2.電荷分離系分子設計指針
3.電荷分離系分子の開発
4.超分子電荷分離系
5.電荷分離分子を用いた水素発生反応
6.水素貯蔵・運搬システム
7.水の酸化触媒機構
8.今後の展望


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ポルフィリン太陽電池
Porphyrin-Based Solar Cells

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今堀 博(京都大学 物質―細胞統合システム拠点 教授)
黒飛 敬(京都大学 物質―細胞統合システム拠点 特定助教)

近年,色素増感太陽電池において,ポルフィリンがルテニウム色素を代替できる可能性がでてきた。本稿ではポルフィリンを用いた色素増感太陽電池の最近の研究動向と展望を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.色素増感太陽電池
2.1 色素増感太陽電池の原理
2.2 ポルフィリン色素増感太陽電池
2.3 縮環ポルフィリンを用いた色素増感太陽電池
2.4 その他のπ共役系拡張ポルフィリンを用いた色素増感太陽電池
3.おわりに


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半導体を用いた人工光合成反応
Artifi cial Photosynthesis using Semiconductors

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佐山和弘((独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 太陽光エネルギー変換グループ グループ長)
三石雄悟((独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 太陽光エネルギー変換グループ 研究員)

本稿では,安定かつ安価で扱いやすい半導体光触媒や光電極技術を用いた人工光合成反応,なかでも,太陽エネルギーを直接化学エネルギーに変換・蓄積でき,その化学エネルギーが二次利用しやすい,水分解反応や炭酸ガス固定反応に焦点を当て,その最近の研究と今後の展望について解説した。

【目次】
1.はじめに
2.光触媒による太陽光水素製造
2.1 通常の一段光励起機構
2.2 レドックス媒体を用いた二段光励起機構(Z‐スキーム機構)
2.3 レドックス媒体を用いた光触媒-電解ハイブリッドシステム(実現可能性の高いシステムを目指して)
3.半導体光触媒による炭酸ガス固定反応
4.光電極による太陽光水素製造
5.半導体光電極による炭酸ガス固定反応
6.おわりに


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化学エネルギーと電気エネルギーの相互変換を目指した錯体触媒の合成
Metal Complexes Aimed at Reversible Conversion between Chemical and Electrical Energies

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田中晃二(分子科学研究所 生命錯体分子科学研究領域 教授)

CO2とCH3OH間の6電子酸化還元反応は電気エネルギーと化学エネルギーの相互変換反応であり,再生エネルギーの長距離輸送にとってきわめて有望な反応である。物質循環と共役したエネルギー変換反応の触媒開発を目指した再生可能な2 電子還元剤,Ru‐pbn錯体(pbn = pyridyl-benzo-naphthyridine),2電子酸化剤,Ru(q)(OH2)錯体(q = dibenzoquinone)の酸化還元挙動を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.エネルギー変換としての二酸化炭素還元
3.アルコール酸化反応
4.水の4電子酸化反応
5.まとめ


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均一系白金錯体触媒による水からの水素生成反応
Hydrogen Production from Water using Platinum() Complexes as Homogeneous Catalysts

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山内幸正(九州大学 大学院 理学府 化学専攻 錯体化学講座)
酒井 健(九州大学 大学院 理学研究院 化学部門 教授)

近年,太陽光をエネルギー源とした水の完全分解反応(2H2O+4hν→ 2H2+O2)に関する研究の重要性がますます高まっている。本稿では,均一系金属錯体触媒を用いた水からの光化学的な水素生成反応に関して,筆者のグループの研究を中心に紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.可視光を用いた水の完全分解
3.光化学的な水からの水素生成反応
4.白金()錯体の触媒反応機構
5.単一分子光水素発生デバイスの開発
6.暗反応に関する研究
7.おわりに


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酵素ヒドロゲナーゼを用いた光水素発生反応
Photoinduced Hydrogen Evolution by Hydrogenase

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朝倉則行(東京工業大学 大学院 生命理工学研究科 生物プロセス専攻 講師)
大倉一郎(東京工業大学 理事;副学長)

光エネルギー変換技術の一つに光水素発生反応がある。光水素発生反応は,太陽光エネルギーを利用して水から水素を発生させる反応である。本稿では,水素発生触媒に生体内物質である酵素ヒドロゲナーゼを利用した光水素発生反応系について概説し,さらに,水溶液中で光励起1重項状態を利用した反応系の効率化に関する研究成果を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.これまでの光水素発生反応
2.1 光水素発生反応の概略
2.2 酵素ヒドロゲナーゼを利用した光水素発生
2.3 光水素発生反応系の改善点
3.酵素ヒドロゲナーゼを利用した光水素発生反応の高効率化
3.1 ビオローゲン結合型ポルフィリンの開発
3.2 ビスビオローゲン結合型ポルフィリンの開発
3.3 水溶液中で光励起1重項経由の電子移動を行うビスビオローゲン結合型ポルフィリン
4.おわりに


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Material Report R&D

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電気,光のどちらでも記録と読み出しができる新メモリ:導電性液晶メモリ
New Memory having both Conductive and Optical Memory:Conductive Liquid Crystalline Memory

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原本雄一郎(山梨大学 大学院 医学工学総合研究部 教授)

液晶半導体材料の薄膜上に,パルスレーザーを用いた光記録,または電気加熱記録により,導電性と光学特性の両方をもつ点の記録に成功した。この記録された点は,導電性の「ある,なし」,または光学異方性の「ある,なし」で読み出せる。導電性液晶メモリは,電気の導電性と液晶の光学異方性を同時にもつ点を,光または電気で書き込み,これを導電性,または光学特性で読み取る世界最初のメモリである。

【目次】
1.はじめに
2.液晶について
3.液晶半導体の原理
4.電圧-電流特性について
5.導電性スポット液晶メモリの原理
5.1 光,または電気を用いた書き込み
5.2 光,または電気を用いた読み出し
6.おわりに


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新たなπ共役拡張型色素化合物アミノベンゾピロキサンテン系蛍光色素「ABPX」の開発
Aminobenzopyroxanthene Dyes(ABPX):A New Class of Rhodamine Dyes with Large π‐Conjugated System

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神野伸一郎((独)理化学研究所 分子イメージング科学研究センター 複数分子イメージング研究チーム 研究員)
榎本秀一((独)理化学研究所 分子イメージング科学研究センター 複数分子イメージング研究チーム チームリーダー;岡山大学 大学院 医歯薬学総合研究科 医薬品機能分析学分野 教授)

われわれがオリジナルで開発したπ共役拡張型蛍光色素のアミノベンゾピロキサンテン系蛍光色素(ABPX)は,従来のローダミン系蛍光色素と比較し,濃厚溶液や凝集状態で良好な蛍光を発する新しい有機系蛍光色素である。有機物から作られる ABPXは,レアメタルのような資源的制約がなく,安価に大量生産できることから,環境負荷の少ない工業技術となる。

【目次】
1.はじめに
2.ABPXの分子設計
3.ABPXの製造方法
4.ABPX01のフォトクロミズム特性
5.ABPXの水溶液中での蛍光特性
6.ABPX凝集体の生成と蛍光特性
7.濃厚溶液中での精確な蛍光分析
8.まとめと今後の課題


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SERIES バイオプラスチックの最新動向と将来展望

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バイオプラスチック進化論 ―新たな地平を求めて(2)―
The Evolutionaly Theory of Bioplastics ― Search for the New Horizon (2)―

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望月政嗣(京都工芸繊維大学 繊維科学センター 特任教授)

【目次】
1.脂肪族ポリエステルの化学構造と成形加工性
1.1 生分解性プラスチックの理想の化学構造―カローザスが果たせなかった夢―
1.2 脂肪族ポリエステルの一次構造と熱パラメータ― PETとの比較―
1.3 熱可塑性プラスチックの成形加工プロセス―ガラス化または結晶化による固化―
2.生分解性プラスチックの研究開発と工業化の歴史
2.1 ポリ‐β‐ヒドロキシブタン酸(PHB)系
2.2 ポリコハク酸ブチル(PBS)とポリブチレンアジペート・テレフタレート(PBAT)
2.3 ポリ乳酸(PLA)
3.ポリ乳酸を選択する理由と高性能化理論の検証
3.1 なぜポリ乳酸がベストの選択なのか!?―ポリ乳酸の特異的な生分解機構―
3.2 ポリ乳酸の高性能化理論―その技術論的検証―
3.2.1 生分解速度(R)
3.2.2 ガラス転移温度(Tg)
3.2.3 融点(Tm)
3.2.4 結晶化速度(G)


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海外‘Niche’ビジネスレポート

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カンボジアの経済とBOPマーケット
BOP Market and Economy in Cambodia

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Global IBIS 編集部

【目次】
1.カンボジア経済の概況
2.BOP とカンボジア国民の所得
3.カンボジア農村の実態
(1) 農家A
(2) 農家B
(3) 農家C
4.おわりに


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機能材料マーケットデータ

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光ディスクの市場動向
Market Trend of Optical Disk

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【目次】
1.概要
2.用途
3.市場規模
3.1 国内生産推移
3.2 世界需要予測
4.企業動向
(1) パナソニック
(2) TDK
(3) 日立製作所
(4) パイオニア 【特集】人工光合成
Artifi cial Photosynthesis

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特集にあたって
Preface

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福住俊一(大阪大学 大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 教授;ALCA(JST);梨花女子大学(WCU))


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人工光合成システム開発
Development of Artifi cial Photosynthesis

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福住俊一(大阪大学 大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 教授;ALCA(JST);梨花女子大学(WCU))

天然の光合成系を人工的に再現するためには,光捕集・電荷分離系,水の酸化ならびに還元触媒系を開発し,さらにそれらをシステムとして融合する必要がある。本稿では,人工光合成システムの設計指針ならびにクリーンな燃料である水素の吸蔵放出システムに関する最新の成果をCO2削減対策とあわせて紹介する。

【目次】
1.光合成の仕組み
2.電荷分離系分子設計指針
3.電荷分離系分子の開発
4.超分子電荷分離系
5.電荷分離分子を用いた水素発生反応
6.水素貯蔵・運搬システム
7.水の酸化触媒機構
8.今後の展望


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ポルフィリン太陽電池
Porphyrin-Based Solar Cells

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今堀 博(京都大学 物質―細胞統合システム拠点 教授)
黒飛 敬(京都大学 物質―細胞統合システム拠点 特定助教)

近年,色素増感太陽電池において,ポルフィリンがルテニウム色素を代替できる可能性がでてきた。本稿ではポルフィリンを用いた色素増感太陽電池の最近の研究動向と展望を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.色素増感太陽電池
2.1 色素増感太陽電池の原理
2.2 ポルフィリン色素増感太陽電池
2.3 縮環ポルフィリンを用いた色素増感太陽電池
2.4 その他のπ共役系拡張ポルフィリンを用いた色素増感太陽電池
3.おわりに


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半導体を用いた人工光合成反応
Artifi cial Photosynthesis using Semiconductors

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佐山和弘((独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 太陽光エネルギー変換グループ グループ長)
三石雄悟((独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 太陽光エネルギー変換グループ 研究員)

本稿では,安定かつ安価で扱いやすい半導体光触媒や光電極技術を用いた人工光合成反応,なかでも,太陽エネルギーを直接化学エネルギーに変換・蓄積でき,その化学エネルギーが二次利用しやすい,水分解反応や炭酸ガス固定反応に焦点を当て,その最近の研究と今後の展望について解説した。

【目次】
1.はじめに
2.光触媒による太陽光水素製造
2.1 通常の一段光励起機構
2.2 レドックス媒体を用いた二段光励起機構(Z‐スキーム機構)
2.3 レドックス媒体を用いた光触媒-電解ハイブリッドシステム(実現可能性の高いシステムを目指して)
3.半導体光触媒による炭酸ガス固定反応
4.光電極による太陽光水素製造
5.半導体光電極による炭酸ガス固定反応
6.おわりに


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化学エネルギーと電気エネルギーの相互変換を目指した錯体触媒の合成
Metal Complexes Aimed at Reversible Conversion between Chemical and Electrical Energies

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田中晃二(分子科学研究所 生命錯体分子科学研究領域 教授)

CO2とCH3OH間の6電子酸化還元反応は電気エネルギーと化学エネルギーの相互変換反応であり,再生エネルギーの長距離輸送にとってきわめて有望な反応である。物質循環と共役したエネルギー変換反応の触媒開発を目指した再生可能な2 電子還元剤,Ru‐pbn錯体(pbn = pyridyl-benzo-naphthyridine),2電子酸化剤,Ru(q)(OH2)錯体(q = dibenzoquinone)の酸化還元挙動を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.エネルギー変換としての二酸化炭素還元
3.アルコール酸化反応
4.水の4電子酸化反応
5.まとめ


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均一系白金錯体触媒による水からの水素生成反応
Hydrogen Production from Water using Platinum() Complexes as Homogeneous Catalysts

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山内幸正(九州大学 大学院 理学府 化学専攻 錯体化学講座)
酒井 健(九州大学 大学院 理学研究院 化学部門 教授)

近年,太陽光をエネルギー源とした水の完全分解反応(2H2O+4hν→ 2H2+O2)に関する研究の重要性がますます高まっている。本稿では,均一系金属錯体触媒を用いた水からの光化学的な水素生成反応に関して,筆者のグループの研究を中心に紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.可視光を用いた水の完全分解
3.光化学的な水からの水素生成反応
4.白金()錯体の触媒反応機構
5.単一分子光水素発生デバイスの開発
6.暗反応に関する研究
7.おわりに


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酵素ヒドロゲナーゼを用いた光水素発生反応
Photoinduced Hydrogen Evolution by Hydrogenase

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朝倉則行(東京工業大学 大学院 生命理工学研究科 生物プロセス専攻 講師)
大倉一郎(東京工業大学 理事;副学長)

光エネルギー変換技術の一つに光水素発生反応がある。光水素発生反応は,太陽光エネルギーを利用して水から水素を発生させる反応である。本稿では,水素発生触媒に生体内物質である酵素ヒドロゲナーゼを利用した光水素発生反応系について概説し,さらに,水溶液中で光励起1重項状態を利用した反応系の効率化に関する研究成果を紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.これまでの光水素発生反応
2.1 光水素発生反応の概略
2.2 酵素ヒドロゲナーゼを利用した光水素発生
2.3 光水素発生反応系の改善点
3.酵素ヒドロゲナーゼを利用した光水素発生反応の高効率化
3.1 ビオローゲン結合型ポルフィリンの開発
3.2 ビスビオローゲン結合型ポルフィリンの開発
3.3 水溶液中で光励起1重項経由の電子移動を行うビスビオローゲン結合型ポルフィリン
4.おわりに


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Material Report R&D

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電気,光のどちらでも記録と読み出しができる新メモリ:導電性液晶メモリ
New Memory having both Conductive and Optical Memory:Conductive Liquid Crystalline Memory

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原本雄一郎(山梨大学 大学院 医学工学総合研究部 教授)

液晶半導体材料の薄膜上に,パルスレーザーを用いた光記録,または電気加熱記録により,導電性と光学特性の両方をもつ点の記録に成功した。この記録された点は,導電性の「ある,なし」,または光学異方性の「ある,なし」で読み出せる。導電性液晶メモリは,電気の導電性と液晶の光学異方性を同時にもつ点を,光または電気で書き込み,これを導電性,または光学特性で読み取る世界最初のメモリである。

【目次】
1.はじめに
2.液晶について
3.液晶半導体の原理
4.電圧-電流特性について
5.導電性スポット液晶メモリの原理
5.1 光,または電気を用いた書き込み
5.2 光,または電気を用いた読み出し
6.おわりに


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新たなπ共役拡張型色素化合物アミノベンゾピロキサンテン系蛍光色素「ABPX」の開発
Aminobenzopyroxanthene Dyes(ABPX):A New Class of Rhodamine Dyes with Large π‐Conjugated System

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神野伸一郎((独)理化学研究所 分子イメージング科学研究センター 複数分子イメージング研究チーム 研究員)
榎本秀一((独)理化学研究所 分子イメージング科学研究センター 複数分子イメージング研究チーム チームリーダー;岡山大学 大学院 医歯薬学総合研究科 医薬品機能分析学分野 教授)

われわれがオリジナルで開発したπ共役拡張型蛍光色素のアミノベンゾピロキサンテン系蛍光色素(ABPX)は,従来のローダミン系蛍光色素と比較し,濃厚溶液や凝集状態で良好な蛍光を発する新しい有機系蛍光色素である。有機物から作られる ABPXは,レアメタルのような資源的制約がなく,安価に大量生産できることから,環境負荷の少ない工業技術となる。

【目次】
1.はじめに
2.ABPXの分子設計
3.ABPXの製造方法
4.ABPX01のフォトクロミズム特性
5.ABPXの水溶液中での蛍光特性
6.ABPX凝集体の生成と蛍光特性
7.濃厚溶液中での精確な蛍光分析
8.まとめと今後の課題


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SERIES バイオプラスチックの最新動向と将来展望

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バイオプラスチック進化論 ―新たな地平を求めて(2)―
The Evolutionaly Theory of Bioplastics ― Search for the New Horizon (2)―

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望月政嗣(京都工芸繊維大学 繊維科学センター 特任教授)

【目次】
1.脂肪族ポリエステルの化学構造と成形加工性
1.1 生分解性プラスチックの理想の化学構造―カローザスが果たせなかった夢―
1.2 脂肪族ポリエステルの一次構造と熱パラメータ― PETとの比較―
1.3 熱可塑性プラスチックの成形加工プロセス―ガラス化または結晶化による固化―
2.生分解性プラスチックの研究開発と工業化の歴史
2.1 ポリ‐β‐ヒドロキシブタン酸(PHB)系
2.2 ポリコハク酸ブチル(PBS)とポリブチレンアジペート・テレフタレート(PBAT)
2.3 ポリ乳酸(PLA)
3.ポリ乳酸を選択する理由と高性能化理論の検証
3.1 なぜポリ乳酸がベストの選択なのか!?―ポリ乳酸の特異的な生分解機構―
3.2 ポリ乳酸の高性能化理論―その技術論的検証―
3.2.1 生分解速度(R)
3.2.2 ガラス転移温度(Tg)
3.2.3 融点(Tm)
3.2.4 結晶化速度(G)


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海外‘Niche’ビジネスレポート

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カンボジアの経済とBOPマーケット
BOP Market and Economy in Cambodia

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Global IBIS 編集部

【目次】
1.カンボジア経済の概況
2.BOP とカンボジア国民の所得
3.カンボジア農村の実態
(1) 農家A
(2) 農家B
(3) 農家C
4.おわりに


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機能材料マーケットデータ

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光ディスクの市場動向
Market Trend of Optical Disk

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【目次】
1.概要
2.用途
3.市場規模
3.1 国内生産推移
3.2 世界需要予測
4.企業動向
(1) パナソニック
(2) TDK
(3) 日立製作所
(4) パイオニア