酸性耐性能を備えた酵素燃料電池の創製

• 研究課題/領域番号: 26810038
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 松本 崇弘 九州大学, 小分子エネルギーセンター, 准教授 (90570987)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 燃料電池 / ヒドロゲナーゼモデル / 水素 / 酸素 / バイオミメティクス / ヒドロゲナーゼ / モデル

研究成果の概要

排出物が水のみである燃料電池は、火力発電と原子力発電に替わるクリーンな発電システムとして期待されている。しかし、燃料電池の電極触媒には埋蔵量に限りのある白金を用いているため、白金代替触媒の開発が急務である。本研究では、非白金触媒として自然界に存在する酵素に着目し、酵素及びそのモデル触媒を用いた燃料電池の開発を行った。用いた酵素は、新規に探索・単離したニッケル・鉄ヒドロゲナーゼ（S-77と命名）であり、その酵素燃料電池は、白金燃料電池の性能を超えることを明らかにした。さらにそのモデル触媒として、ニッケル・鉄錯体で、世界で初めて酸素を捕らえた中間体の構造解析に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] A High-Valent Iron(IV) Peroxo Core Derived from O2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kishima, Takahiro; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Hayami, Shinya; Ohta, Takehiro; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 55(2) 号: 2 ページ: 724-727
  • DOI: 10.1002/anie.201507022
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Water-soluble Ni Dihydrido Complex That Reduces O₂ to H₂O in Water (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashita, Keisuke; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Nakai, Hidetaka; Suzuki, Masatatsu; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 45 号: 1 ページ: 72-74
  • DOI: 10.1246/cl.150935
  • NAID: 130005118755
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Non-precious Metal, Ni Molecular Catalyst for a Fuel Cell Cathode (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashita, Keisuke; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45(2) 号: 2 ページ: 137-139
  • DOI: 10.1246/cl.150988
  • NAID: 130005124716
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Structure of a Water-soluble μ-η1:η1-N2 Dinuclear RuII Complex with a Polyamine Ligand (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimoto, T. Yatabe, T. Matsumoto, A. Robertson, H. Nakai, H. Tanaka, T. Kamachi, Y. Shiota, K. Yoshizawa, K. Asazawa, H. Tanaka, Seiji Ogo
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 45 号: 2 ページ: 149-151
  • DOI: 10.1246/cl.151004
  • NAID: 130005124715
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and Reactivity of a Water-soluble NiRu Monohydride Complex with a Tethered Pyridine Moiety (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Takahiro; Yoshimoto, Koji; Zheng, Chunbai; Shomura, Yasuhito; Higuchi, Yoshiki; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45(2) 号: 2 ページ: 197-199
  • DOI: 10.1246/cl.151029
  • NAID: 130005124717
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced Bending of Rod-like Millimetre-size Crystals of a Rhodium Dithionite Complex with n-Pentyl Moieties (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakai, Hidetaka; Matsuba, Kengo; Akimoto, Masataka; Nozaki, Tomonori; Matsumoto, Takahiro; Isobe, Kiyoshi; Irie, Masahiro; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 52(23) 号: 23 ページ: 4349-4352
  • DOI: 10.1039/c6cc00059b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An N₂-compatible Ni⁰ Metal–Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) Precursor (2015)
  • 著者名/発表者名: Tran, Viet-Ha; Yatabe, Takeshi; Matsumoto, Takahiro; Nakai, Hidetaka; Suzuki, Kazuharu; Enomoto, Takao; Ogo, Seiji.
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 6 ページ: 794-796
  • DOI: 10.1246/cl.150155
  • NAID: 130005074609
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Macrocyclic Tetraamine bearing Four Phenol Groups: A New Class of Heptadentate Ligands To Provide an Oxygen-Sensitive Luminescent Tb(III) Complex with an Extendable Phenol Pendant Arm. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakai, Hidetaka; Nonaka, Kyoshiro; Goto, Takahiro; Seo, Juncheol; Matsumoto, Takahiro; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 44 号: 24 ページ: 10923-10927
  • DOI: 10.1039/c5dt00816f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An Fe-based Model for Metabolism Linking between O2-reduction and H2O-oxidation (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yatabe; Mitsuhiro Kikkawa; Takahiro Matsumoto; Keishi Urabe; Andrew Robertson; Hidetaka Nakai; Seiji Ogo*
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 9 ページ: 1263-1265
  • DOI: 10.1246/cl.150468
  • NAID: 130005096899
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An IrSi oxide film as a highly active water-oxidation catalyst in acidic media (2015)
  • 著者名/発表者名: Viet-Ha Tran; Takeshi Yatabe; Takahiro Matsumoto; Hidetaka Nakai; Kazuharu Suzuki; Takao Enomoto; Takashi Hibino; Kenji Kaneko; Seiji Ogo*
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 63 ページ: 12589-12592
  • DOI: 10.1039/c5cc04286k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] [NiFe]Hydrogenase from Citrobacter sp. S-77 Surpasses Platinum as an Electrode for H2 Oxidation Reaction (2014)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Aqueous-stable and Water-soluble Mononuclear Nonheme MnV–oxo Complexes Using H2O2 as an Oxidant (2014)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic C－F Bond Hydrogenolysis of Fluoroaromatics by [(η5‑C5Me5)RhI(2,2′-bipyridine)] (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakai, Hidetaka; Jeong, Kihun; Matsumoto, Takahiro; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 33(17) 号: 17 ページ: 4349-4352
  • DOI: 10.1021/om500647h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Crystal Structure of a Dinuclear, Monomeric MnII p-Semiquinonato Complex (2014)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] A [NiFe]hydrogenase Model That Catalyses the Release of Hydrogen from Formic Acid (2014)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] A (Ni-SIr)I Model for [NiFe]hydrogenase. (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Takahiro; Ando, Tatsuya; Mori, Yuki; Yatabe, Takeshi; Nakai, Hidetaka; Ogo, Seiji.* A (Ni-SIr)I Model for [NiFe]hydrogenase.
  • 雑誌名: Organomet. Chem. 巻: in press ページ: 73-76
  • DOI: 10.1016/j.jorganchem.2014.09.025
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Highly Luminescent and Highly Oxygen-Sensitive Tb(III) Complex with a Tris-Aryloxide Functionalised 1,4,7-Triazacyclononane Ligand (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakai, Hidetaka; Goto, Takahiro; Kitagawa, Kazuhiro; Nonaka, Kyoshiro; Matsumoto, Takahiro; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 号: 99 ページ: 15737-15739
  • DOI: 10.1039/c4cc07717b
  • 査読あり
• [学会発表] 分子燃料電池 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本 崇弘
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会「シンポジウム：有機電気化学の新しい展開」
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Fuel Cell (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本 崇弘
  • 学会等名: I2CNER Annual Symposium 2016
  • 発表場所: 九州大学I2CNER（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2016-02-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酵素の基礎研究から燃料電池の実用化に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本 崇弘
  • 学会等名: 第2回物性セミナー
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2015-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] H2 Activation by Hydrogenase and its Model (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本 崇弘
  • 学会等名: I2CNER International Workshop 2015 Catalytic Materials Transformations Research Division
  • 発表場所: 九州大学I2CNER Hall A（福岡市西区）
  • 年月日: 2015-02-04
• [学会発表] 酵素の基礎研究から燃料電池の実用化へ (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本 崇弘
  • 学会等名: 第２７回生物無機化学夏季セミナー
  • 発表場所: 書写山円教寺会館（兵庫県姫路市）
  • 年月日: 2014-08-31
• [学会発表] Activation of H2 and O2 by Hydrogenase Mimics in a Fuel Cell (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本 崇弘
  • 学会等名: 41st International Conference on Coordination Chemistry (ICCC-41) Activation of Small Molecules by Biomimetic Compounds
  • 発表場所: シンガポール、Suntec Shingapore Convention & Exhibition Centre
  • 年月日: 2014-07-22
• [備考] 九州大学大学院工学研究院小江研究室
  • URL: http://web.cstm.kyushu-u.ac.jp/ogo/