2018 年度研究成果報告書

ギ酸脱水素酵素を用いたバイオ電解による二酸化炭素資源化の研究

研究課題

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研究課題/領域番号	17K14521
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	グリーン・環境化学
研究機関	京都大学
研究代表者	北隅優希京都大学, 農学研究科, 助教 (00579302)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード	酵素電極反応 / 二酸化炭素 / ギ酸 / バイオ燃料電池
研究成果の概要	タンパク質からなる生体触媒を用いた酸化還元酵素反応と電極反応の共役系は酵素電極反応と呼ばれる。本研究ではタングステン含有ギ酸脱水素酵素(FoDH)を用いた二酸化炭素とギ酸の相互変換反応に着目した。表面修飾した多孔質炭素電極とFoDHの間での直接電子移動反応が実現され、この電極は二酸化炭素とギ酸の相互変換を触媒するのみならず、FoDHの第2基質であるNAD+、NADHの相互変換反応を可逆に触媒することが確認された。また、酸素還元反応を触媒する電極と組み合わせることで、開回路電圧1.2 V、最大出力12 mW cm-2の報告時で世界最高出力のギ酸燃料バイオ燃料電池が構築できた。
自由記述の分野	電気分析化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	電極上に固定化した酸化還元酵素によってギ酸と二酸化炭素の可逆な相互変換が実現できた。これは、最小のエネルギー投入で二酸化炭素の固定が可能になったことを意味する。また、ギ酸を燃料とした高効率の燃料電池も構築可能となる。同時に今回見出されたギ酸脱水素酵素によるNAD+/NADH酸化還元対の電極上での可逆な相互変換反応の実現は、既知のNAD＋依存型のあらゆる酸化還元酵素反応と電極反応の容易な連結を可能にする点で、バイオセンサー、バイオ燃料電池など、あらゆる酵素電極反応の応用において有用である。