白金触媒燃料電池を超える錯体・酵素複合燃料電池の開発

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燃料電池の電極触媒に使用されている白金は、高価で枯渇資源であるため、その代替触媒の開発が当該分野において最も重要な命題である。これまで多くの研究グループが取り組んできたが、未だに白金を超える人工触媒は開発されていない。自然界には、およそ80年前にヒドロゲナーゼと呼ばれる水素活性化酵素が見つかっており、この酵素は容易に水素から電子を取り出すことが可能である。すなわち、燃料電池のアノード（水素極）触媒と同様の働きをする酵素である。単位分子あたりの触媒活性では、ヒドロゲナーゼは白金を超えること知られていたが、ヒドロゲナーゼは酸素や熱に弱いものが多く、燃料電池の電極触媒への適用は困難であった。我々は、これまでに知られていない安定なヒドロゲナーゼを求めて、自然界での探索を行った。そこで発見した新規ヒドロゲナーゼは、酸素にも熱にも安定であり、燃料電池のアノード触媒として利用することが可能であった。その新規ヒドロゲナーゼをS-77と命名した。アノードとしての単位質量あたりの水素酸化活性を白金触媒と比較すると、ヒドロゲナーゼS-77は白金の637倍高い触媒活性を示した。実際にヒドロゲナーゼを用いて燃料電池を作成すると、白金燃料電池よりも1.8倍高い最大電力密度を示すことを明らかにした。また、白金触媒は水素に含まれる一酸化炭素で被毒されることが問題とされるが、ヒドロゲナーゼS-77はいったん一酸化炭素で被毒されても、水素を供給することによって再活性化することが可能である。本年度は、新規ヒドロゲナーゼS-77を用いて、白金を超える燃料電池電極触媒の開発に成功した（Angew. Chem. Int. Ed, 2014, 53, 8895-8898、表紙に採択、プレスリリース2014年6月4日「燃料電池の白金電極を超える水素酵素「S-77」電極の開発に成功（白金の637倍の活性）」）。