| 研究課題/領域番号 |
21K04767
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 鹿児島大学 (2022-2023)
東京工業大学 (2021) |
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研究代表者 |
田巻 孝敬 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80567438)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | バイオ燃料電池 / メディエータ / 酵素 / ポリエチレンイミン / デバイス設計 / エネルギー・物質変換 / フェロセン / アントラセン二量体 / レドックスポリマー / 材料システム設計 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酵素を使いグルコースなどの生体に安全・安心な燃料から発電するバイオ燃料電池は、医療用補助具や携帯機器のポータブル電源として開発が期待されています。酵素は本来、高い反応速度を有していますが、バイオ燃料電池のように電極に固定すると、本来の反応速度を活かせていないことが分かっています。本研究では、酵素の反応速度を電極でも有効に活かすために電極表面の構造制御を行い、高電流密度化を図ります。
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| 研究成果の概要 |
本研究では酵素を触媒に用いるバイオ燃料電池の高電流密度化へ向けて、酵素-電極間で電子を授受するメディエータを酵素との高い反応性を有する状態で高密度かつ安定に固定化するために、酵素/カーボン界面の構造制御を行った。カーボン表面に強く吸着するアントラセン二量体と、メディエータであるフェロセンを固定化したポリエチレンイミンを複合化したところ、メディエータを酵素との高い反応性を有する状態で高密度かつ安定にカーボン表面へ固定化できることが示された。また、高電流密度と触媒電流の安定性の両立には、適切なポリマー・メディエータの可動性が存在することが示された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
グルコースなどの生体に安全・安心な燃料から発電するバイオ燃料電池は、人体の近くで使用する機器のポータブル電源として開発が期待されている。酵素が本来持っている十分に高い反応性をバイオ燃料電池で有効に活用するために、本研究では酵素と電極として用いるカーボンとの界面構造を制御した。界面構造の制御により高い電流密度が得られ、生体分子が有する機能をデバイスで有効活用するためには、生体分子とデバイスを構成する材料との界面の制御が重要であることが示された。
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