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非白金水素エネルギー変換系に繋がるヒドロゲナーゼへの生物電気化学的アプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 15J02900
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用生物化学
研究機関京都大学

研究代表者

宋 慶盛  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード非白金水素エネルギー変換系 / バイオ電池 / 直接電子移動型酵素電極反応 / ガス拡散型電極 / マルチ銅オキシダーゼ / ヒドロゲナーゼ / カーボンナノチューブ / 酸化的不活性化
研究実績の概要

本研究の目的は,実用化に資する,白金を含まない水素/酸素バイオ電池を構築することである.昨年度までは,水素酸化極(アノード)と酸素還元極(カソード)の単極性能に焦点を当て,両者の性能を向上させてきた.平成28年度では,両極ガス拡散型水素/酸素バイオ電池の構築,及び酸素還元酵素であるマルチ銅オキシダーゼ(BOD)の電気化学的反応解析に関する研究を推進した.
前者では,これまでの研究を総合することで,“両極ガス拡散型水素/酸素バイオ電池”を構築し,その性能評価を行った.ガス拡散型システムでは,ガス状基質を気相から直接的に取り込むため,溶解度の低い基質(水素や酸素)の供給速度を大幅に向上させることができる.また,水素/酸素バイオ電池にガス拡散型システムを導入した例はこれまでになく,世界で初めての試みである.本成果は,J. Mater. Chem. A誌に掲載済みである.
後者では,バイオ電池において,酸素還元触媒として働く酵素特性の理解を更に深める研究を行った.カソード酵素であるBODは,熱力学的過電圧が小さい上に,触媒活性が高い特徴を有するため,世界中で幅広く利用されている.そのため,カソードにおけるBODの反応機構をより詳細に理解することは,様々なバイオ電池の更なる性能向上に大きく寄与する.そこで,触媒電流が大きい条件におけるBODの電気化学的反応解析式を考案し,各種電極における測定結果を解析した.本成果は,J. Electroanal. Chem.誌に掲載済みである.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Direct electron trasfer-type dual gas diffusion H2/O2 biofuel cells2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Koji Nishikawa, Yoshiki Higuchi, Kenji Kano
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 4 号: 22 ページ: 8742-8749

    • DOI

      10.1039/c6ta02654k

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dual Air-Diffusion Membrane- and Mediatorless Dihydrogen/Air-Breathing Biofuel Cell Operating at Room Temperature2016

    • 著者名/発表者名
      Hong-qi Xia, Keisei, So, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Koji Nishikawa, Yoshiki Higuchi, Kenji Kano
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 335 ページ: 105-112

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2016.10.030

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of factors governing direct electron transfer-type bioelectrocatalysis of bilirubin oxidase at modified electrodes2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Kenji Kano
    • 雑誌名

      Journal of Electroanalytical Chemistry

      巻: 783 ページ: 316-323

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2016.10.062

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bioelectrochemical analysis of thermodynamics of the catalytic cycle and kinetics of the oxidative inactivation of oxygen-tolerant [NiFe]-hydrogenase2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Rui Hamamoto, Ryosuke Takeuchi, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Ryohei Endo, Hirofumi Nishihara, Yoshiki Higuchi, Kenji Kano
    • 雑誌名

      Journal of Electroanalytical Chemistry

      巻: 766 ページ: 152-161

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2016.02.009

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Significance of the Length of Carbon Nanotubes on the Bioelectrocatalytic Activity of Bilirubin Oxidase for Dioxygen Reduction2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Maki Onizuka, Takuji Komukai, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Kenji Kano
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 192 ページ: 133-138

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2016.01.117

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Binder/surfactant-free biocathode with bilirubin oxidase for gas-diffusion-type system2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Maki Onizuka, Takuji Komukai, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Kenji Kano
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 66 ページ: 58-61

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2016.02.023

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 直接電子移動型酵素の配向制御解析に及ぼす物質拡散効果の危険性2016

    • 著者名/発表者名
      宋 慶盛,北隅優希,白井 理,加納健司
    • 学会等名
      第62回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • 発表場所
      宮古島市中央公民館(沖縄県,宮古島市)
    • 年月日
      2016-11-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Dual Gas Diffusion H2O2 Biofuel Cell in Direct Electron Transfer-Type System2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Koji Nishikawa, Yoshiki Higuchi, Kenji Kano
    • 学会等名
      PRiME2016
    • 発表場所
      Honolulu (USA)
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 物質拡散を考慮した直接電子移動型酵素電極反応解析-酸素還元触媒であるビリルビンオキシダーゼを例として-2016

    • 著者名/発表者名
      宋 慶盛,北隅優希,白井 理,加納健司
    • 学会等名
      日本分析化学会第65年会
    • 発表場所
      北海道大学工学部(北海道,札幌市)
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Dual Gas-Diffusion-Type H2O2 Biofuel Cell2016

    • 著者名/発表者名
      Keisei So, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Koji Nishikawa, Yoshiki Higuchi, Kenji Kano
    • 学会等名
      11th International Hydrogenase Conference
    • 発表場所
      Marceille (France)
    • 年月日
      2016-07-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオの力で発電する燃料電池2016

    • 著者名/発表者名
      宋 慶盛,北隅優希,白井 理,加納健司
    • 学会等名
      第5回JACI/GSCシンポジウム
    • 発表場所
      ANAクラウンプラザホテル神戸(兵庫県,神戸市)
    • 年月日
      2016-06-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 水素酸化触媒ヒドロゲナーゼにおける電流ー電圧曲線へのこだわり2015

    • 著者名/発表者名
      宋慶盛,北隅優希,白井理,樋口芳樹,加納健司
    • 学会等名
      第61回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会(姫路)
    • 発表場所
      イーグレ姫路(兵庫県,姫路市)
    • 年月日
      2015-11-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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