新規電子メディエーターを固定化した電極の開発とバイオ燃料電池アノードへの適用

固定新型电子介体电极的开发及其在生物燃料电池阳极中的应用

• 批准号: 22KJ2311
• 负责人: 中川 凌
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2311/
• 关键词: バイオ燃料電池; メディエーター; バイオセンサ; 酸化グラフェン

バイオ燃料電池の設計において、現在までにメディエーター分子の構造や電極への固定化における明確な設計指針は確立されていない。本研究の目的は、酵素型バイオ燃料電池におけるメディエーター分子設計および電極設計の指針を明らかとすることである。分子設計においては、これまでの私たちの研究でキノリン構造を由来とする含窒素型メディエーター分子を新たに開発している。2022年度は基本骨格に種々の官能基を導入した誘導体の合成を行い、それらの多くがグルコース脱水素酵素のメディエーターとしての働きを示した。また、酸化還元電位や水溶性、連続測定に対する安定性などの特性の調整にも成功した。しかしながら官能化した誘導体に共通して、燃料であるグルコースとの応答性が低下していくことが判明した。今後は応答性の維持さらにはより応答性を高めた誘導体の合成を試みていく予定である。電極設計に関しては、電極材料とメディエーター分子との相互作用について理論計算を用いて評価した。具体的には、次世代の電極材料として期待される酸化グラフェンのモデル構造とメディエーター分子について構造最適化およびエネルギー計算を行った（ωB97X-D/6-31+g(d,p)）。得られた計算結果より電極材料とメディエーター分子の相互作用エネルギーを算出した。その結果、対象とする含窒素型メディエーターは従来のものと比べて電極材料と強く相互作用しており、材料上でより安定化していることが推察された。

In the design of fuel cells, the structure of molecules and the immobilization of electrodes are clearly established. The purpose of this study is to clarify the principles of molecular design and electrode design for enzyme-based fuel cells. Molecular design, molecular design In 2022, the functional group of the basic skeleton was introduced into the synthesis of the inducer, and the synthesis of the enzyme was demonstrated. The adjustment of the stability and properties of the acidizing agent, the water solubility, and the viscosity was successful. It is clear that functionalization and induction are common, and that the reactivity of fuels is low. In the future, we will try to maintain the stability of the system. The electrode design is related to the electrode material and molecular interaction. The theoretical calculation is evaluated. Specific electrode materials of the next generation and the next generation are expected to be acidified, and the structure of the molecule is optimized. The calculation is carried out (ωB97X-D/6-31+g(d,p)). The results of the calculation show that the electrode material and molecular interaction are different. As a result, the material interaction between the electrode and the material is stable.