ウェアラブル型グルコースセンサにむけた低pH駆動型水酸化ニッケル電極触媒の開発

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本研究では、酵素を用いないウェアラブル型グルコースセンサにむけた低pH駆動型水酸化ニッケル(Ni）電極触媒の開発を目的とする。報告者らは、窒素化したカーボン電極上にNiナノ粒子を形成すると、電気化学的な触媒活性が飛躍的に向上することを発見した。そこで低圧真空プラズマにより窒素化したカーボン電極にNiナノ粒子を電析され、①カーボンマトリックスとナノ粒子の電気的な相互作用を変化、或いは②Ni粒子を水酸化して触媒活性点を増加させることで、より低いpHでの糖酸化検出をめざしている。昨年度は、窒素化カーボンに修飾したNiナノ粒子のグルコース酸化の濃度依存性やpHを低下させた時の影響について調べ、窒素化の効果を確認した。2022年度は、これまでプラズマによるカーボン窒素導入量が１％強程度に留まっていたため、プラズマ処理条件を変えて窒素導入量を増加させることを検討した。具体的には、窒素プラズマ処理時の圧力依存性や使用するカーボン膜中のsp2結合の分率などについて検討した。今回は、比較的sp2結合が多い膜を使用し、プラズマガス圧を20, 15, 10, 5 パスカル（Pa)と4条件で検討したところ、プラズマ処理時の圧力が20 Paの時、1.7％の窒素導入量だったのに対して、5 Paでは3.1%まで増加させることができた。条件を変えて処理した窒素化カーボン膜に同量のNiナノ粒子を電析させ、アルカリ水溶液中で、表面の水酸基の酸化還元挙動の電位掃引速度依存性を調べると、窒素導入量が多い膜に形成したナノ粒子でより速い酸化還元応答が得られた。また、グルコースの酸化特性について調べたところ、同様に窒素導入量が多いカーボン膜上に形成したNiナノ粒子でより高いグルコース酸化電流を得ることができた。更に同様の効果を示すと考えられる他の金属の利用や大きな電流値が得られる多孔質カーボンの利用も検討している。