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新規ヒドロゲナーゼの採取とモデル錯体の合成

Research Project

Project/Area Number 25620047
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Inorganic chemistry
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

小江 誠司  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60290904)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松本 崇弘  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90570987)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2013: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsバイオミメティクス / 水素 / 酸素 / 酵素
Outline of Annual Research Achievements

水素燃料電池は、エネルギー効率が高いことや発電中の副生成物が水のみであることから、クリーンな発電システムとして実用化への期待度が高い。しかし、従来の水素燃料電池の電極触媒に使用されている白金は枯渇資源であり、その代替触媒の開発が必要とされている。これまで多くの研究機関が白金代替触媒の開発を目指してきたが、未だ実用的な触媒は開発されていない。天然には、ヒドロゲナーゼと呼ばれる水素活性化酵素が、容易に水素から電子を取り出すことがかねてより知られていた。この酵素は、燃料電池のアノード(水素極)触媒と同じ働きをしており、単位分子あたりでは白金の水素酸化能を超えているが、酸素や熱に対する不安定性から、実際の燃料電池の電極触媒としての利用はできなかった。我々は、自然には酸素や熱に安定な未知のヒドロゲナーゼが存在すると考え、種々多様な土壌を採掘し、新しいヒドロゲナーゼの探索を行った。その中から、過酷な環境に耐性のあるヒドロゲナーゼをふるい分け、最終的に精製したヒドロゲナーゼをS-77と命名した。このヒドロゲナーゼS-77をアノード触媒として半電池での触媒活性測定を行うと、単位重さあたりの活性は、白金に比べて637倍であった。実際に、水素燃料電池を作製し、水素と酸素を供給して燃料電池評価実験を行うと、白金燃料電池に比較して1.8倍の最大電力密度を示した。また、インピーダンス測定では白金よりも低い抵抗値を示した。
本年度は、新たに探索、精製したヒドロゲナーゼS-77から作成した酵素電極を用いて、白金を凌駕する燃料電池の開発に成功した(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 8895-8898、表紙に採択、プレスリリース2014年6月4日「燃料電池の白金触媒を超える水素酵素「S-77」電極の開発に成功(白金の637倍の活性)」)。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 14 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Molybdenum-Containing Membrane-Bound Formate Dehydrogenase Isolated from Citrobacter sp. S-77 Having High Stability against Oxygen, pH, and Temperature2014

    • Author(s)
      Nguyen, Nga T.; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      J. Biosci. Bioeng.

      Volume: 118(4) Issue: 4 Pages: 386-381

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2014.03.011

    • NAID

      110009865419

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] H2 and O2 Activation―A Remarkable Insight into Hydrogenase2014

    • Author(s)
      Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Chem. Rec.

      Volume: 14(3) Issue: 3 Pages: 397-409

    • DOI

      10.1002/tcr.201402010

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] [NiFe]Hydrogenase from Citrobacter sp. S-77 Surpasses Platinum as an Electrode for H2 Oxidation Reaction2014

    • Author(s)
      Matsumoto, Takahiro; Eguchi, Shigenobu; Nakai, Hidetaka; Hibino, Takashi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 53(34) Issue: 34 Pages: 8895-8898

    • DOI

      10.1002/anie.201404701

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Aqueous-stable and Water-soluble Mononuclear Nonheme MnV–oxo Complexes Using H2O2 as an Oxidant2014

    • Author(s)
      Yatabe, Takeshi; Kikunaga, Takahiro; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 43(8) Issue: 8 Pages: 1380-1382

    • DOI

      10.1246/cl.140376

    • NAID

      130004677573

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and Crystal Structure of a Dinuclear, Monomeric MnII p-Semiquinonato Complex2014

    • Author(s)
      Nakamori, Harutaka; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 印刷中 Issue: 86 Pages: 13059-13061

    • DOI

      10.1039/c4cc06055e

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A [NiFe]hydrogenase Model That Catalyses the Release of Hydrogen from Formic Acid2014

    • Author(s)
      Nguyen, Nga T.; Mori, Yuki; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Kabe, Ryota; Nakai, Hidetaka; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 印刷中 Issue: 87 Pages: 13385-13387

    • DOI

      10.1039/c4cc05911e

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A (Ni-SIr)I Model for [NiFe]hydrogenase.2014

    • Author(s)
      Matsumoto, Takahiro; Ando, Tatsuya; Mori, Yuki; Yatabe, Takeshi; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji.* A (Ni-SIr)I Model for [NiFe]hydrogenase.
    • Journal Title

      Organomet. Chem.

      Volume: in press Pages: 73-76

    • DOI

      10.1016/j.jorganchem.2014.09.025

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Model for the Water-Oxidation and Recovery Systems of the Oxygen-Evolving Complex2014

    • Author(s)
      Yatabe, Takeshi; Kikkawa, Mitsuhiro; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Kaneko, Kenji; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Dalton Trans.

      Volume: 43(8) Issue: 8 Pages: 3063-3071

    • DOI

      10.1039/c3dt52846d

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Biochemical Characterization of Psychrophilic Mn-Superoxide Dismutase from Newly Isolated Exiguobacterium sp. OS-772014

    • Author(s)
      Nonaka, Kyoshiro; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Extremophiles

      Volume: 18(2) Issue: 2 Pages: 363-373

    • DOI

      10.1007/s00792-013-0621-x

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Purification and Characterization of an Oxygen-Evolving Photosystem II from Leptolyngbya sp. strain O-772014

    • Author(s)
      Nakamori, Harutaka; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      J. Biosci. Bioeng.

      Volume: 118(2) Issue: 2 Pages: 119-124

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2014.01.009

    • NAID

      110009840772

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isolation and Crystal Structure of the Proposed Low-Valent Active Species in the H2 Activation Catalytic Cycle2013

    • Author(s)
      Inoki, Daisuke; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Eur. J. Inorg. Chem.

      Volume: 2013(22-23) Issue: 22-23 Pages: 3978-3986

    • DOI

      10.1002/ejic.201300049

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isolation of a MnIV Acylperoxo Complex and Its Monooxidation Ability2013

    • Author(s)
      Kikunaga, Takahiro; Matsumoto, Takahiro; Ohta, Takehiro; Nakai, Hidetaka; Naruta, Yoshinori; Ahn, Kwang-Hyun; Watanabe, Yoshihito; Ogo, Seiji
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 49(75) Issue: 75 Pages: 8356-8358

    • DOI

      10.1039/c3cc43447h

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 新しい水素活性化触媒ー[NiFe]ヒドロゲナーゼに学ぶ 水素からの電子抽出2013

    • Author(s)
      松本崇弘・小江誠司
    • Journal Title

      化学

      Volume: 68 Pages: 12-16

    • NAID

      40019745861

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 水素が好き?酸素が好き? 酵素の基礎研究から分子燃料電池の開発へ2013

    • Author(s)
      松本崇弘・小江誠司
    • Journal Title

      現代化学

      Volume: 509 Pages: 52-57

    • NAID

      40019694003

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Hydrogen Activation2014

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      The 2nd Japan-UK Joint Symposium on Coordination Chemistry
    • Place of Presentation
      日本、中央大学
    • Year and Date
      2014-09-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Inspured by Nature – New Energy Sources from Hydrogenase Model Complexes2014

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      Fusion Conference, Small Molecule Activation
    • Place of Presentation
      アメリカ、イリノイ、シカゴ
    • Year and Date
      2014-07-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 水素と水からの電子抽出2014

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      第41回生体分子科学討論会2014
    • Place of Presentation
      福岡、九州大学西新プラザ
    • Year and Date
      2014-06-06
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素からの電子抽出

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      分子研シンポジウム2013
    • Place of Presentation
      愛知、岡崎、自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター
    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Activating H2 by Hydrogenase Model Complexes

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      1st International Symposium on Chemical Energy Conversion Processes (ISCECP-1)
    • Place of Presentation
      福岡、I2CNER Hall・Hakozaki Campus (Central Library Audiovisual Hall)
    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子燃料電池の創製

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      理化学研究所-九州大学ワークショップ -グリーン・ライフと機能材料-
    • Place of Presentation
      福岡、福岡市産学連携交流センター
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Inspired by Nature-New Energy Sources from Photosystem II and Hydrogenase Model Complexes

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      I2CNER & ACT-C Joint Symposium- Advanced Molecular Transformations for Sustainable Energy Future-
    • Place of Presentation
      福岡、I2CNER Hall
    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 水素および水からの電子抽出

    • Author(s)
      小江誠司
    • Organizer
      第1回東北大学リーディング大学院研究会
    • Place of Presentation
      宮城、仙台、東北大学
    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] 九州大学大学院工学研究院応用化学部門 小江研究室ホームページ

    • URL

      http://web.cstm.kyushu-u.ac.jp/ogo/

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      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 九州大学大学院工学研究院応用化学部門 小江研究室ホームページ

    • URL

      http://web.cstm.kyushu-u.ac.jp/ogo/

    • Related Report
      2013 Research-status Report

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Published: 2014-07-25   Modified: 2019-07-29  

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