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白金触媒燃料電池を超える錯体・酵素複合燃料電池の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25248017
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 無機化学
研究機関九州大学

研究代表者

小江 誠司  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60290904)

研究分担者 松本 崇弘  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90570987)
研究期間 (年度) 2013-10-21 – 2015-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2014年度)
配分額 *注記
37,180千円 (直接経費: 28,600千円、間接経費: 8,580千円)
2014年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
2013年度: 21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円)
キーワードバイオミメティクス / 燃料電池 / 分子触媒 / 酵素
研究実績の概要

燃料電池の電極触媒に使用されている白金は、高価で枯渇資源であるため、その代替触媒の開発が当該分野において最も重要な命題である。これまで多くの研究グループが取り組んできたが、未だに白金を超える人工触媒は開発されていない。自然界には、およそ80年前にヒドロゲナーゼと呼ばれる水素活性化酵素が見つかっており、この酵素は容易に水素から電子を取り出すことが可能である。すなわち、燃料電池のアノード(水素極)触媒と同様の働きをする酵素である。単位分子あたりの触媒活性では、ヒドロゲナーゼは白金を超えること知られていたが、ヒドロゲナーゼは酸素や熱に弱いものが多く、燃料電池の電極触媒への適用は困難であった。我々は、これまでに知られていない安定なヒドロゲナーゼを求めて、自然界での探索を行った。そこで発見した新規ヒドロゲナーゼは、酸素にも熱にも安定であり、燃料電池のアノード触媒として利用することが可能であった。その新規ヒドロゲナーゼをS-77と命名した。アノードとしての単位質量あたりの水素酸化活性を白金触媒と比較すると、ヒドロゲナーゼS-77は白金の637倍高い触媒活性を示した。実際にヒドロゲナーゼを用いて燃料電池を作成すると、白金燃料電池よりも1.8倍高い最大電力密度を示すことを明らかにした。また、白金触媒は水素に含まれる一酸化炭素で被毒されることが問題とされるが、ヒドロゲナーゼS-77はいったん一酸化炭素で被毒されても、水素を供給することによって再活性化することが可能である。
本年度は、新規ヒドロゲナーゼS-77を用いて、白金を超える燃料電池電極触媒の開発に成功した(Angew. Chem. Int. Ed, 2014, 53, 8895-8898、表紙に採択、プレスリリース2014年6月4日「燃料電池の白金電極を超える水素酵素「S-77」電極の開発に成功(白金の637倍の活性)」)。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Molybdenum-Containing Membrane-Bound Formate Dehydrogenase Isolated from Citrobacter sp. S-77 Having High Stability against Oxygen, pH, and Temperature2014

    • 著者名/発表者名
      Nguyen, Nga T.; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng.

      巻: 118(4) 号: 4 ページ: 386-381

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2014.03.011

    • NAID

      110009865419

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] H2 and O2 Activation―A Remarkable Insight into Hydrogenase2014

    • 著者名/発表者名
      Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Chem. Rec.

      巻: 14(3) 号: 3 ページ: 397-409

    • DOI

      10.1002/tcr.201402010

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] [NiFe]Hydrogenase from Citrobacter sp. S-77 Surpasses Platinum as an Electrode for H2 Oxidation Reaction2014

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, Takahiro; Eguchi, Shigenobu; Nakai, Hidetaka; Hibino, Takashi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 53(34) 号: 34 ページ: 8895-8898

    • DOI

      10.1002/anie.201404701

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Aqueous-stable and Water-soluble Mononuclear Nonheme MnV–oxo Complexes Using H2O2 as an Oxidant2014

    • 著者名/発表者名
      Yatabe, Takeshi; Kikunaga, Takahiro; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 43(8) 号: 8 ページ: 1380-1382

    • DOI

      10.1246/cl.140376

    • NAID

      130004677573

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Crystal Structure of a Dinuclear, Monomeric MnII p-Semiquinonato Complex2014

    • 著者名/発表者名
      Nakamori, Harutaka; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 印刷中 号: 86 ページ: 13059-13061

    • DOI

      10.1039/c4cc06055e

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A [NiFe]hydrogenase Model That Catalyses the Release of Hydrogen from Formic Acid2014

    • 著者名/発表者名
      Nguyen, Nga T.; Mori, Yuki; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Kabe, Ryota; Nakai, Hidetaka; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 印刷中 号: 87 ページ: 13385-13387

    • DOI

      10.1039/c4cc05911e

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Model for the Water-Oxidation and Recovery Systems of the Oxygen-Evolving Complex2014

    • 著者名/発表者名
      Yatabe, Takeshi; Kikkawa, Mitsuhiro; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Kaneko, Kenji; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 43(8) 号: 8 ページ: 3063-3071

    • DOI

      10.1039/c3dt52846d

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biochemical Characterization of Psychrophilic Mn-Superoxide Dismutase from Newly Isolated Exiguobacterium sp. OS-772014

    • 著者名/発表者名
      Nonaka, Kyoshiro; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Extremophiles

      巻: 18(2) 号: 2 ページ: 363-373

    • DOI

      10.1007/s00792-013-0621-x

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Purification and Characterization of an Oxygen-Evolving Photosystem II from Leptolyngbya sp. strain O-772014

    • 著者名/発表者名
      Nakamori, Harutaka; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng.

      巻: 118(2) 号: 2 ページ: 119-124

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2014.01.009

    • NAID

      110009840772

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Hydrogen Activation2014

    • 著者名/発表者名
      小江誠司
    • 学会等名
      The 2nd Japan-UK Joint Symposium on Coordination Chemistry
    • 発表場所
      日本、中央大学
    • 年月日
      2014-09-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Inspured by Nature-New Energy Sources from Hydrogenase Model Complexes2014

    • 著者名/発表者名
      小江誠司
    • 学会等名
      Fusion Conference, Small Molecule Activation
    • 発表場所
      アメリカ、イリノイ、シカゴ
    • 年月日
      2014-07-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素と水からの電子抽出2014

    • 著者名/発表者名
      小江誠司
    • 学会等名
      第41回生体分子科学討論会2014
    • 発表場所
      福岡、九州大学西新プラザ
    • 年月日
      2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Inspired by Nature-New Energy Sources from Photosystem II and Hydrogenase Model Complexes

    • 著者名/発表者名
      小江誠司
    • 学会等名
      I2CNER & ACT-C Joint Symposium-Advanced Molecular Transformationsfor Sustainable Energy Future-
    • 発表場所
      福岡、I2CNER Hall
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素および水からの電子抽出

    • 著者名/発表者名
      小江誠司
    • 学会等名
      第1回東北大学リーディング大学院研究会
    • 発表場所
      宮城、仙台、東北大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 九州大学大学院工学研究院応用化学部門 小江研究室ホームページ

    • URL

      http://web.cstm.kyushu-u.ac.jp/ogo/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 九州大学大学院工学研究院応用化学部門 小江研究室ホームページ

    • URL

      http://web.cstm.kyushu-u.ac.jp/ogo/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-10-24   更新日: 2019-07-29  

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