2016 Fiscal Year Annual Research Report
Biological preparation of platinum electrocatalysts for fuel cell
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15K14197
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
小西 康裕 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90167403)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 電極触媒 / 貴金属触媒 / バイオミネラリゼーション / 金属イオン還元細菌 / リサイクル / 循環・再利用 / 白金族金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．金属イオン還元細菌（Shewanella属細菌）によるバイオミネラリゼーションを利用して、出発溶液中の白金イオン（Pt(IV)）等のバイオ還元・析出実験を嫌気環境下で行い、バイオ調製Ptナノ粒子等の生産速度を把握するとともに、その粒子性状を評価した。その結果、マイルドな操作条件下（室温、溶液pH 7.0）において、出発溶液にShewanella属細菌（休止細胞）と電子供与体（ギ酸ナトリウム）を混合するだけの簡便な操作によって、60 min以内の短時間の回分操作で、Ptナノ粒子等（一次粒子径が10 nm以下、狭い粒子径分布）を80 %以上の高収率で細菌細胞内に生産できることが明らかになった。
２．Ptナノ粒子を担持した細菌細胞自体の導電性を高める方策として、Ptナノ粒子担持細菌を濃硫酸溶液中で高温処理することにより、細菌細胞を炭化させて導電性を高める湿式炭化方法を開発した。
３．細菌細胞の破壊処理（超音波照射による細胞膜の物理的破壊，NaOH溶液による細胞外膜の化学的破壊）を行ってPtナノ粒子を液相に剥離させた後、Ptナノ粒子懸濁液のpH調整により、導電性担体（活性炭等）にバイオ調製Ptナノ粒子を高分散に付着させる担持方法を開発した。
４．バイオ調製Ptナノ粒子触媒ならびに市販の活性炭担持Pt触媒（有機合成用）を用いて、燃料電池の発電特性を両触媒で比較検討した。その結果、未処理のPtナノ粒子担持細胞では、細菌細胞の外膜と内膜の間（ペリプラズム空間）にPtナノ粒子が存在しているために出力がなかった。一方、炭化処理後のバイオ調製Ptナノ粒子担持触媒では、市販Pt触媒に対して65 %程度の出力が得られた。さらに、活性炭にバイオ調製Ptナノ粒子を担持した電極触媒では、市販Pt触媒（有機合成用）の160%の触媒性能を示すことが明らかになった。
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