2018 Fiscal Year Annual Research Report
メタン菌の付着機構解明による先端的コーティング配置技術の開発と高性能電極の試作
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17H06296
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
多田 千佳 東北大学, 農学研究科, 准教授 (30413892)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関口 貴子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50738086)
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (90312652)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | メタン菌 / カソード電極 / 微生物燃料電池 / 付着 / CNT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、微生物燃料電池のカソード電極触媒に白金ではなく、新しい触媒としてメタン菌に着目し、二酸化炭素からエネルギーのメタンガスに変換することで電子を受け取るカソード電極の作成を行なってきた。ここでは、メタン菌を電極に十分に付着させるメカニズムを解明した。さらに、電極基材の炭素にカーボンナノチューブ（CNT）を活用し、メタン菌との親和性について検討した。その結果、高温性メタン菌Methanothermobacter thermautotrophicusは、従来報告のような基材の疎水性度に依存せず、基材の官能基のCOOH基とOH基の比率が1:0.65のときに、よく付着することがわかった。また、電極の初期付着量が多いものと少ないものでメタン変換速度を比較した結果、多い系では少ない系に比較して速かった。これより、メタン菌の初期付着量が多い方が電流が高く流れると予想できた。さらに炭素電極をNaOH処理し、無処理のメタン菌カソード電極より約２倍多くメタン菌が付着した電極で微生物燃料電池を作成し、電流値を比較した結果、NaOH処理区では無処理区に比較して最大7.5倍高い電流値が得られた。次にCNTに対するメタン菌との付着性について検討した。単層CNTのスーパーグロースと単層CNT名城ナノカーボンと比較し、メタン菌の付着性を検討した結果、スーパーグロースの方が、名城ナノカーボンより付着量が多く、メタン菌との親和性が高いことがわかった。これは、上記メタン菌の付着においてCOOH基とOH基が関与したことから、スーパーグロースは、名城ナノカーボンに比べてそれらの官能基が多いことが原因と考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の成果は、すでに論文投稿した。メタン菌をより電極に付着させるための手法が明らかになったこと、また、メタン菌をより多く付着させることが、電極性能を向上させることも証明できた。CNTについては特許申請を考えている。またすでに次の自在配置のための分散剤もほぼ決定したので、次のステップに向けての基礎的なデータが揃ってきているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、さらに、電極性能を高めるために、CNTについては配向を整えて付着させる方法を検討している。すでに、実験しており、どのように付着するかは、少しデータはでてきているが、より性能を高めるために、配向のデザイン性を高める必要があり、この部分で、少し実験が停止している。今後、この部分について早急に、プランを練り直し、より性能の高い電極作成を行う。
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Research Products
(3 results)
