2023 Fiscal Year Annual Research Report
ウェアラブル型グルコースセンサにむけた低pH駆動型水酸化ニッケル電極触媒の開発
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20K21133
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| Research Institution | Saitama Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丹羽 修 埼玉工業大学, 付置研究所, 教授 (70392644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芝 駿介 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 助教 (70823251) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 電気化学センサ / グルコース酸化 / ニッケルナノ粒子 / 電気化学触媒活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酵素を用いないウェアラブル型グルコースセンサにむけた低pH駆動型水酸化ニッケル(Ni）電極触媒の開発を目的とする。報告者らは、窒素化したカーボン電極上にNiナノ粒子を形成すると、電気化学的な触媒活性が飛躍的に向上することを発見した。昨年度は、窒素化カーボン作製時に圧力を変化させ、低圧でより窒素原子を表面に導入でき、その結果グルコース酸化活性が向上することを見出した。2023年度は、大きな電流値が得られる多孔質カーボンの窒素化とNiナノ粒子修飾、及びその糖酸化特性について検討した。電極として市販のカーボンフェルト電極を使用した。この電極材料は多孔質でスポンジ状であるが、表面は疎水的で水が含侵しにくい。プラズマ処理の際の圧力を５、１０、２０Paと変化させると導入される窒素の割合は、3.5%、1.5%、0.9％と変化したことから低圧で窒素導入量が向上することが分った。Ni電析後、ナノ粒子表面の水酸化物の酸化還元特性をサイクリックボルタンメトリで評価したところ、窒素化処理したカーボンフェルト上に作製したナノ粒子と未処理のカーボンフェルト上に作製したナノ粒子の応答は、掃引速度100 mV/sでは後者の酸化ピークと還元ピークの差が大幅に増加し、窒素化したカーボンフェルトに作製したNiナノ粒子の方が応答が速いことが分った。次に100 mMのグルコースの酸化特性を0.1M水酸化ナトリウム水溶液中で評価したところ、未処理フェルト上状のナノ粒子では、4 mAであったのに対して、窒素化フェルト上のナノ粒子では、14 mAと糖に対する極めて大きな電極触媒活性の向上が認められた。更に圧力依存性の結果においても20Pa、10Ｐａ、5Paの順に電流値が増加した。また、多孔質電極で表面積が薄膜に対して遥かに大きいため、窒素化した薄膜電極上に導入したNiナノ粒子に比べて電流値は大幅に向上した。
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