| 研究課題/領域番号 |
22K18912
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分27:化学工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
辻村 清也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30362429)
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| 研究分担者 |
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, 創域理工学部先端化学科, 准教授 (70434024)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 酸素還元触媒 / 燃料電池 / 酵素 / 微生物 / バイオ燃料電池 / 水処理 / 血糖計測 / 触媒 / バイオ電池 / 微生物電池 / バイオセンサ / 非白金 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
バイオ電気化学応用に適したカーボン系非白金触媒反応系を開発する。様々な生体環境を模擬した電解液での，触媒の活性評価を行い，触媒機能に影響を及ぼす要因を明らかにし，触媒の改良を行う。さらに触媒機能を保護する機能性高分子膜を開発する。新触媒系の開発は、バイオ発電のみならず，自己駆動型センサバイオ電気化学デバイスの実現に貢献し、環境、エネルギー、健康・ヘルスケア、医療など幅広い分野での応用が期待される。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、バイオ電気化学デバイスの電源確保の課題を解決するために、外部電源不要の自立駆動型デバイスを開発した。アノードよりも貴な電位で酸素還元反応を促進するために、鉄-窒素-カーボン触媒を用い、中性ｐHにおける最適なバインダーとしてポリテトラフルオロエチレンを採用した。微生物燃料電池では、撥水加工したカーボンクロス上に触媒を担持し、安定かつ高活性な空気拡散型カソードを開発した。酵素バイオ燃料電池では、自己駆動型血糖測定チップ型センサを実現した。これらの成果は、適切な触媒環境をデザインすることで、生理環境でも高活性を発揮し、幅広い応用が可能であることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
中性ｐHでの酸素還元反応の性能向上は、外部電源不要の自立駆動型バイオ電気化学デバイスの開発に直結し、環境に優しく、持続可能なエネルギー技術の確立に貢献する。微生物燃料電池や酵素バイオ燃料電池の実用化は、遠隔地や資源の乏しい地域での電力供給やヘルスケアに革命をもたらす。特に、自己駆動型血糖測定チップは、自己健康管理を支援し、医療コストの削減と生活の質の向上に繋がる。これらの技術革新は、エネルギー、環境、医療分野での持続可能な発展に大きく寄与する。
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