生物触媒を用いるスーパーバイオ電池の創出に関する基盤研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13460042
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 池田 篤治 京都大学, 農学研究科, 教授 (40026422)
• 研究分担者: 加納 健司 京都大学, 農学研究科, 助教授 (10152828)
• キーワード: 生物燃料電池 / ヒドロゲナーゼ / ビリルビンオキシダーゼ / 生体触媒 / 水素燃料 / バイオエレクトロカタリシス / グルコース電池

研究概要

本研究では、呼吸と光合成という生物が有する大変効率よいエネルギー獲得手法を電気化学の立場から整理して考え、生体触媒を用いる電気化学エネルギー変換系の実験系を確立し、その基本反応を理論的、実験的に明確にすることを第一の目的としている。その基礎成果にたってバイオ電池の創製を行い、その実用化への見通しを明らかにせんとするものである。前年度までの実績{:1.アノード、カソード両極に生体触媒反応を用いた水素/酸素バイオ電池を世界で始めて実現。2.:正味の化学変化無しに光-電気工ネルギー変換が行える、藍藻の光合成系を利用する光バイオ電池の基本反応の基礎検討。3.:酵素(ビリルビンオキシダーゼ:BOD)触媒を用いるカソード電極反応系のメディエータとしてシアノ錯体が大変優秀であることを新たに見出した。}を発展させる形で以下の研究成果を得た。
○ヒドロゲナーゼ反応のpH依存性を詳細に調べ、触媒反応がメディエータ化合物の酸化還元電位と水素/プロトンの酸化還元電位の差によって大きく左右されることを明らかにした。
○NADH関与脱水素酵素を用いるグルコースやアルコールのバイオエレクトロカタリシスアノード反応の系統的検討を進め、NADHを拡散律速で電極酸化できる電極系の作成に成功した。
○BOD電極反応について、実験検討を進め直接電子移動による酸素の水への電極還元に成功した。
本研究で見つけた、酵素(ビリルビンオキシダーゼ:BOD)触媒を用いるカソード電極反応の優秀性が認知され、競合関係ある外国の研究者によっても採用されるようになった。

研究成果

• [文献書誌] Nakagawa, T., Tsujimura, S., Kano, K., Ikeda, T.: "Bilirubin Oxidase and[Fe(CN)_6]^<3_-/4_-> Modified Electrode Allowing Diffusion-controlled Reduction of O_2 to Water at pH7.0"Chemistry Letters. 32(1). 54-55 (2003)
• [文献書誌] Fujieda, N., Mori, M., Kano, K., Ikeda, T.: "Redox Properties of Quinohemoprotein Amine Dehydrogenase from Paracoccus denitrificans"Biochim.Biophys.Acta. 1647(1/2),. 289-296 (2003)
• [文献書誌] Tsujimura, S., Kawaharada, M., Nakagawa, T., Kano, K., Ikeda, T.: "Mediated Bioelectrocatalytic O_2 Reduction to Water at Highly Positive Electrode Potentials Near Neutral pH"Electrochem.Commun. 5(2). 138-141 (2003)
• [文献書誌] Datta, S., Ikeda, T., Kano, K., Mathews, F.S: "Structure of the Phenylhydrazine Adduct of the Quinohemoprotein Amine Dehydrogenase from Paracoccus denitrificans at 1.7 Å Resolu"Acta Crystallogr.D. 59(9). 1551-1556 (2003)
• [文献書誌] Sato, A., Kano, K., Ikeda, T.: "Diaphorase/Naphthoquinone Derivative-modified Electrode as an Anode for Diffusion-Controlled Oxidation of NADH in Electrochemical Cells"Chem.Lett.. 32(10). 880-881 (2003)