人工光合成 光エネルギーによる物質変換の化学

第1章　人工光合成の歴史
　1-1　エネルギー変換および物質変換としての光合成
　1-2　地球のエネルギー事情
　1-3　太陽光エネルギーの化学変換への期待と人工光合成への強い意識
　1-4　現代科学における人工光合成研究
　1-5　人工光合成研究の３つのマイルストーン
　　1-5-1　ホンダーフジシマ効果の発見
　　1-5-2　金属錯体による水の化学酸化の発見
　　1-5-3　金属錯体による二酸化炭素の光還元の発見
　1-6　人工光合成とは：その定義
　1-7　人工光合成へのアプローチと解決すべき課題
　　1-7-1　光合成を利用し，超えるアプローチ：生物化学からのアプローチ
　　1-7-2　金属錯体触媒や有機色素など分子触媒からのアプローチ
　　1-7-3　半導体光触媒からのアプローチ
　1-8　人工光合成では何がボトルネック課題なのか？Photon-flux-density problemをいかにして解決するか？
　1-9　まとめ
　引用文献
第2章　光合成系の分子論
　2-1　はじめに
　2-2　シアノバクテリアにおける光合成
　　2-2-1　光化学系Ⅱサイト
　　2-2-2　電子・水素イオン伝達系
　　2-2-3　光化学系Ⅰサイト
　　2-2-4　チラコイド膜を介した電子とプロトンの流れ
　　2-2-5　ATP合成
　　2-2-6　二酸化炭素還元
　2-3　色素分子の構造と吸収帯
　2-4　まとめ
　引用文献
第3章　光合成の光捕集系タンパク質色素複合体の構造と機能
　3-1　はじめに
　3-2　光合成膜での光エネルギー変換システム
　3-3　アンテナ系膜タンパク質による色素複合体の自己組織化と基板上でのその色素複合体の機能解析
　　3-3-1　分子単位で再構成できるLH1色素複合体
　　3-3-2　LH1タンパク質による色素分子の配列
　　3-3-3　LH1モデルタンパク質による色素分子の配列
　3-4　光合成色素タンパク質複合体LH1-RCの基板上への組織化と光電変換素子への展開
　3-5　光合成膜タンパク質（LH2およびLH1-RC）の脂質二分子膜中への再構成とAFMによる集合構造の直接観察
　　3-5-1　LH2およびLH1-RCの脂質膜（PE-PG-CL組成膜）中への再構成とAFMによる集合構造観察
　　3-5-2　再構成膜（PE-PG-CL組成膜）中でのLH2からLH1-RCへのエネルギー移動
　　3-5-3　LH1-RCおよびLH2のC-AFM測定
　　3-5-4　脂質二分子膜中でのLH1-RCの光電変換機能
　3-6　まとめ
　引用文献
第4章　光化学系Ⅱの構造と機能
　4-1　光化学系Ⅱの全体構造
　4-2　PSⅡの光捕集と電荷分離・電子伝達反応
　4-3　Mn4CaO5クラスターの構造とその反応様式
　4-4　プロトン移動の分子レベルでの考察
　4-5　まとめ
　引用文献
第5章　光捕集アンテナ系のモデル研究と人工光合成への応用
　5-1　はじめに
　5-2　天然クロロフィル誘導体による光捕集アンテナモデル
　　5-2-1　自然に学んだ人工の光捕集アンテナの構築
　　5-2-2　天然クロロフィルを用いた人工光捕集アンテナ
　　5-2-3　クロロフィル誘導体を用いた人工光捕集アンテナ
　5-3　まとめ
　引用文献
第6章　有機化学的アプローチによるアンテナ分子の合成研究
　6-1　はじめに
　6-2　架橋型ポルフィリン多量体
　6-3　直鎖状メゾ位直接結合ポルフィリン多量体
　6-4　アンテナ機能を発揮するデンドリマー
　6-5　ポルフィリン超分子
　6-6　ポルフィリンのフロンティア軌道
　6-7　まとめ
　引用文献
第7章　金属錯体を光増感剤に用いる光化学的酸化還元反応の基礎
　7-1　はじめに
　7-2　水の可視光分解反応の熱力学と光化学
　7-3　酸化還元反応の駆動力と電子移動速度（マーカス理論）
　7-4　水の光化学的な酸化還元
　7-5　植物の光合成と水の可視光分解の関係
　7-6　人工色素を用いた水の可視光分解
　7-7　まとめ
　引用文献
第8章　金属錯体触媒による光水素生成反応
　8-1　はじめに
　8-2　光水素生成システム
　　8-2-1　酸化的消光経路と還元的消光経路
　　8-2-2　水分解の熱力学的要請
　8-3　犠牲還元剤
　8-4　光増感作用を持つ金属錯体
　8-5　均一系水素生成触媒の機能評価
　　8-5-1　触媒回転数（TON）と触媒回転頻度（TOF）
　　8-5-2　過電圧による評価
　8-6　酵素ヒドロゲナーゼ
　8-7　均一系水素生成触媒
　　8-7-1　コバルト錯体触媒
　　8-7-2　ニッケル錯体触媒
　　8-7-3　ロジウムおよび白金錯体触媒
　8-8　単一分子光水素生成システム
　　8-8-1　連結型光水素生成触媒
　　8-8-2　多機能複合型光水素生成触媒
　8-9　まとめ
　引用文献
第9章　金属錯体触媒による光化学的二酸化炭素還元反応
　9-1　はじめに
　9-2　二酸化炭素還元反応
　9-3　二酸化炭素還元を触媒する金属錯体
　9-4　電気化学的および光化学的二酸化炭素還元触媒反応の方法
　9-5　金属錯体を触媒とする電気化学的二酸化炭素還元反応
　9-6　金属錯体を触媒とする光化学的二酸化炭素還元反応
　9-7　光化学的二酸化炭素還元反応における今後の課題と現状
　　9-7-1　二酸化炭素多電子還元触媒反応
　　9-7-2　水を電子源とする光化学的二酸化炭素還元反応
　9-8　まとめ
　引用文献
第10章　水の酸化反応を触媒する金属錯体
　10-1　はじめに
　10-2　水の酸化反応の多電子過程と熱力学
　10-3　水の酸化触媒の役割
　10-4　水の酸化触媒反応の実験
　　10-4-1　触媒化学的手法
　　10-4-2　電気触媒化学的手法
　　10-4-3　光触媒化学的手法
　10-5　金属錯体触媒による酸素発生機構
　　10-5-1　M=O（M: 高酸化状態金属）への水分子の求核攻撃によるO-O結合形成
　　10-5-2　M=O間のカップリングによるO-O結合形成
　10-6　まとめ
　引用文献
第11章　人工アンテナ物質を利用した光反応系の構築
　11-1　人工アンテナ物質
　11-2　PMOの構造と光物性
　　11-2-1　合成と構造
　　11-2-2　多様なPMOの光物性
　11-3　PMOの光捕集アンテナ機能
　　11-3-1　エネルギー移動の機構
　　11-3-2　アンテナ効果
　　11-3-3　大孔径PMOを利用したエネルギー移動
　11-4　PMOを利用した光触媒系の構築
　　11-4-1　アンテナ型光触
　　11-4-2　ドナー/アクセプター型光触媒
　11-5　まとめ
　引用文献
第12章　人工光合成を目指した半導体光触媒の開発
　12-1　はじめに
　12-2　半導体上での光触媒反応の原理
　12-3　犠牲試薬を含む水溶液からの水素または酸素生成
　12-4　金属酸化物を光触媒とした紫外光水分解
　12-5　可視光応答型光触媒の設計方針
　12-6　遷移金属ドーピング半導体光触媒
　12-7　色素増感型光触媒
　12-8　固溶体光触媒
　12-9　価電子帯制御型光触媒
　12-10　水の可視光分解に活性な半導体光触媒
　12-11　半導体光触媒の高品質化と構造制御
　12-12　半導体表面での酸化還元反応の促進－助触媒の開発－
　12-13　緑色植物の光合成を模倣した二段階励起水分解
　12-14　CO2還元に活性を示す半導体光触媒
　12-15　まとめ
　引用文献
第13章　半導体と金属錯体の機能を融合した人工光合成の構築
　13-1　はじめに
　13-2　半導体光触媒と金属錯体触媒の特徴
　13-3　半導体と金属錯体を複合したCO2還元光触媒の概念
　13-4　半導体と金属錯体を複合したCO2還元光触媒
　　13-4-1　光増感半導体と金属錯体触媒を連結したCO2還元
　　13-4-2　半導体-複核金属錯体光触媒の複合系
　13-5　太陽光照射下における水を電子源，プロトン源とするCO2の還元反応
　　13-5-1　水を電子源とする光電気化学CO2還元反応
　　13-5-2　水を電子供与剤とする太陽光CO2還元
　13-6　まとめ
　引用文献
第14章　天然光合成を利用したハイブリッド型人工光合成系
　14-1　はじめに
　14-2　葉緑体の構造と役割
　14-3　葉緑体と白金微粒子触媒を利用した光水素生産プロセス
　14-4　光収穫系タンパク質—色素複合体と白金微粒子触媒を利用した光水素生産プロセス
　14-5　葉緑体固定酸化チタン薄膜電極を用いた水を電子媒体としたバイオ燃料電池
　14-6　まとめ
　引用文献
第15章　光触媒反応に関わる実験法
　15-1　均一系光触媒反応の解析方法
　　15-1-1　はじめに
　　15-1-2　光反応の条件を設定する
　　15-1-3　光触媒反応の初期過程を追跡する
　　15-1-4　均一溶液において光触媒反応を行う
　　15-1-5　まとめ
　15-2　不均一系光触媒を用いた水分解の実験方法と留意点
　　15-2-1　はじめに
　　15-2-2　粉末光触媒の実験の流れ
　　15-2-3　光触媒性能評価
　　15-2-4　半導体光電極を用いた水分解
　　15-2-5　まとめ
　引用文献
第16章　金属錯体で創る人工光合成の課題と展望
索引
著者略歴