2022 Fiscal Year Research-status Report
カーボン系非白金酸素還元触媒のバイオ電気化学デバイスへの展開
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22K18912
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
辻村 清也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30362429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
難波江 裕太 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40514881)
四反田 功 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 准教授 (70434024)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 酸素還元触媒 / 触媒 / バイオ電池 / 微生物電池 / バイオセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
白金にかわる炭素系の触媒の中性pHの緩衝液中での挙動を研究し，触媒を集電体上に担持させるバインダーの影響について明らかにした。特性の異なる3種のバインダーを用いて検討した。バインダーの特性により，反応開始電位，低い過電圧における触媒活性に大きな違いが観測された。さらに，中性ｐH，常温という環境での触媒活性を引き出すための添加剤，電極組成を検討した。
また，同時に炭素系触媒の応用先として，微生物燃料電池と酵素型燃料電池への応用を検討した。前者についてはテフロンによる撥水加工を施したカーボンクロスへ触媒を先述のバインダーを用いて担持し，空気拡散型カソードを開発した。微生物や微生物培地などが触媒に及ぼす影響，特に作動安定性，触媒被毒を検討した。長期安定性について継続して検討を行っている。
また，後者については，酵素型バイオ燃料電池をベースにしたディスポーザブルバイオセンサへの応用を検討した。グルコースを酸化するアノード反応を卑側の電位で進行させることで，炭素系触媒の利用を可能にした。ポテンショスタットを用いることなく，数マイクロリットルのサンプルに含まれるグルコースを，電池の短絡電流を計測することが定量することのできるディスポーザブルグルコースセンサを発表した。これまで酵素カソードでないと十分な性能を発揮させることが難しかったが，炭素系触媒も利用することできることを明らかにし，今後の応用の範囲を拡大させることに成功させた。
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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
計画通り炭素触媒の中性での反応メカニズムを解明し，その課題を克服する材料の開発に着手できている。さらに，様々なセンサや電池などの応用の試験でも成果が出ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
中性ｐHにおける触媒の活性を最大限に引き出すことのできるように，プロトンの供給を改善する材料について検討を重ねる。
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| Causes of Carryover |
まだコロナ禍による影響があり旅費が残った。2023年度は計画通り対面での会議や学会に参加する予定である。また，2022年に購入を計画していた物品の納期が2023年にずれ込んだものもあった。2023年度には問題なく購入できる。計画全体への影響はない。
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