2020 Fiscal Year Annual Research Report
Immobilization of mediators with high surface coverage for high-current-density biofuel cell
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18K04822
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田巻 孝敬 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80567438)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオ燃料電池 / メディエータ / 酵素 / 材料システム設計 / アントラセン二量体 / フェロセン / 表面修飾 / レドックスポリマー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒として酵素を用いるバイオ燃料電池は、グルコースなど生体に安全・安心な燃料が利用できるため、医療用補助具や携帯機器のポータブル電源として開発が期待されている。本研究では、バイオ燃料電池の電極表面構造について検討を行い、酵素が有する高い反応速度を活用して高電流密度化を実現する。従来の酵素電極における主要課題として、酵素-電極間で電子授受を行うメディエータを電極表面に高密度かつ安定に固定化できないことが挙げられる。
昨年度までの研究により、カーボン表面に強く吸着するアントラセン二量体とメディエータの複合化により、高密度かつ安定なメディエータの固定が可能であることを示した。また、アントラセン二量体を用いたカーボン表面への酵素の固定化について検討を行い、親水ユニットおよび酵素固定ユニットの導入が酵素の活性状態を維持した固定化に有効であることを示した。今年度は、メディエータの高密度固定に向けて、アントラセン二量体との複合化が可能なポリマーへのメディエータの固定化手法について検討を行った。荷電が異なるメディエータ固定化ポリマー(レドックスポリマー)を合成し、酵素グルコースオキシダーゼ(GOx)との反応性を評価した。アニオン性、中性、カチオン性のポリマーについて検討を行い、カチオン性ポリマーへメディエータを固定化したレドックスポリマーで高い触媒電流密度が得られることを明らかにした。荷電による反応性の違いは、GOxの荷電との静電相互作用に由来するものと考えられる。今後のバイオ燃料電池の高電流密度化へ向けて、有用な電極設計指針が得られた。
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