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 |
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 |
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, 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 |
交付 (2022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 / 触媒 / バイオ電池 / 微生物電池 / バイオセンサ / 非白金 / バイオ燃料電池 |
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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研究実績の概要 |
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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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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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今後の研究の推進方策 |
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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