2015 Fiscal Year Research-status Report
赤血球の直接電子移動反応と酸素還元能で発電する革新的バイオ燃料電池カソードの開発
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26820359
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
綾戸 勇輔 信州大学, 先鋭領域融合研究群環境・エネルギー材料科学研究所, 助教(特定雇用) (70415769)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 赤血球 / ヘモグロビン / 酸化インジウム / 直接電子移動 / 酸化還元反応 / バイオ燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
赤血球中のヘモグロビンのITO電極上での直接電子移動（DET）とO2還元能を利用したシンプルなバイオ燃料電池カソード開発の為に、ディップコート法を用い、平板ガラスにITO前駆体を堆積させ、電気炉で焼成することでITO電極を作製し、SEM、XRD等でキャラクタリゼーションを行い、最終的に電気化学特性について調査を行ってきている。前年度までにITOの焼成方法について検討を行い、数種のIn:Snの組成比（モル比）の異なるITOを作製してきたが、ディップコート液のSn×100/(In + Sn) (%)が50％の時にヘモグロビンは最も大きいDET反応活性を示し、O2還元能ももっとも大きかった。
本年度は、Snの組成比を10％刻みで振り、ITOを同条件で焼成したところ、Sn組成比が20％程度までは単分子層分程度のヘモグロビン反応量だったものが、30％を超えると反応量が明らかに増大し、50％で最大値を示し、60％になるとITOの電子伝導度の低下のため、電気化学電極として機能しないことがわかった。
さらに、ITOのICP－AES分析結果から、仕込みの金属モル比の化学量論比と異なり、ITO堆積層膜内のSnの組成比はディップコート液内より低いことが分かった。
これらの結果より、DET活性点やITOの電子導電性などの複数の要素によって赤血球の電子移動活性に最適条件が存在することが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度計画通り、ITOの金属組成比を細かく振り、DET活性とITOの電子導電性に着目し、ICP分析も行うことで、より詳細な考察を行うことができている。さらに当初計画で触れていた、ITOの焼成温度の検討も進行しており、当初計画通り、もしくはそれ以上のペースで研究は進行している。
また、フロー型単セルについても既に単セル備品測定系は準備できており、単セル性能試験も行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの知見では、最もDET活性が高いSn組成比５０％のものは、ITOの電子伝導性が最も高いわけではなく、また、In2O3の結晶化度が最も高いわけでもなく、また、SEM像から、ITO表面形態が均質なわけでもなく少なくとも２相分離したような像が観察された。一方でSn組成比が６０％となるとITOのシート抵抗が急激に大きくなり電気化学電極として使用できなかった。したがって、ITO自体の電子伝導性やDET反応活性との間には相関（最適条件）が存在するものと示唆される。この観点によって、数種の温度でITO電極を焼成することで、ITOの結晶化度とDET活性の間に相関性がないか検討する。
また、平成28年度の実施計画に従い、最適条件を考慮したITO電極を用いた単セル評価を実施する。
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| Causes of Carryover |
試薬器具装置等物品や旅費に関して、当初計画より安く計画通り研究を遂行することができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初研究計画を遂行するにあたり、ICP分析や焼成温度の異なるITO電極の作製など、さらに詳細な電極上で発現するヘモグロビンの電子移動挙動の解明を進め、さらなる電極および電池性能向上を加速する為に前年度未使用額とH28年度請求額を合わせて使用する。
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