2007 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー変換のための生体触媒-電極接合系の創成と反応解析
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19310070
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
加納 健司 Kyoto University, 農学研究科, 教授 (10152828)
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| Keywords | バイオ電池 / マルチ銅酸化酵素 / フラボヘモプロテイン / 電流-電圧曲線 / 直接電子移動型触媒 / 酸素還元電極反応 / 糖酸化電極反応 / 炭素素材 |
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| Research Abstract |
未来型エネルギー変換システムとしてのバイオ電池について,直接電子移動(DET)型生体触媒機能電極反応の熱力学的および速度論的な基礎研究を展開し,バイオ電池の技術基盤を確立することを目的とし,主に,以下の3点について成果が得られた.
(1)酵素内に複数の酸化還元部位を有する脱水素酵素(フラボヘモプロテインであるグルコン酸脱水素酵素やフラクトース脱水素酵素)および酸化酵素(マルチ銅オキシダーゼであるラッカーゼやCueO)に焦点をあて,それぞれ,アノードやカソード触媒としての直接電子移動(DET)型酵素機能電極反応系をスクリーニングした.また,酵素の構造情報とそれに基づいた部位特異的変異酵素を作成し,その特性と電気化学信号との関連を調べた.この研究により,酵素-電極間での電子の授受サイトを特定するとともに,エネルギーロスを軽減する部位特異的変化の方針を提示した.
(2)DET型酵素機能電極反応の電流-電圧曲線の理論構築を行った.特に,電流-電圧曲線を電気化学理論に基づいて解釈した.また,申請者らの提案したDET型酵素機能電極反応の単純なモデルを緻密化しその理論を発展させ,それを実証した.
(3)これらの成果をもとに,数mA/cm2のDET型触媒電流を実現し,それに基づくバイオ電池を試作した.出力は約1mA/cm2で,世界最高のレベルを達成した.また,種々の炭素系を電極機材として用いることにより,電極の表面,および電極の細孔サイズの重要性が示唆できた.
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