カーボン系非白金酸素還元触媒のバイオ電気化学デバイスへの展開

生物电化学装置中碳基非铂氧还原催化剂的开发

基本信息

批准号：
22K18912
负责人：
辻村清也
金额：
$ 4.16万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

白金にかわる炭素系の触媒の中性pHの緩衝液中での挙動を研究し，触媒を集電体上に担持させるバインダーの影響について明らかにした。特性の異なる3種のバインダーを用いて検討した。バインダーの特性により，反応開始電位，低い過電圧における触媒活性に大きな違いが観測された。さらに，中性ｐH，常温という環境での触媒活性を引き出すための添加剤，電極組成を検討した。また，同時に炭素系触媒の応用先として，微生物燃料電池と酵素型燃料電池への応用を検討した。前者についてはテフロンによる撥水加工を施したカーボンクロスへ触媒を先述のバインダーを用いて担持し，空気拡散型カソードを開発した。微生物や微生物培地などが触媒に及ぼす影響，特に作動安定性，触媒被毒を検討した。長期安定性について継続して検討を行っている。また，後者については，酵素型バイオ燃料電池をベースにしたディスポーザブルバイオセンサへの応用を検討した。グルコースを酸化するアノード反応を卑側の電位で進行させることで，炭素系触媒の利用を可能にした。ポテンショスタットを用いることなく，数マイクロリットルのサンプルに含まれるグルコースを，電池の短絡電流を計測することが定量することのできるディスポーザブルグルコースセンサを発表した。これまで酵素カソードでないと十分な性能を発揮させることが難しかったが，炭素系触媒も利用することできることを明らかにし，今後の応用の範囲を拡大させることに成功させた。

研究了基于中性pH的缓冲液中基于碳的催化剂的行为，而不是铂，并且阐明了支持该催化剂对当前收集器的粘合剂的影响。使用具有不同特征的三种类型的粘合剂进行了测试。由于粘合剂的特征，观察到反应起始势和低压下的催化活性的差异很大。此外，研究了在中性pH和室温环境中引发催化活性的添加剂和电极成分。同时，我们还研究了将碳基催化剂应用于微生物燃料电池和酶型燃料电池的应用。对于前者，使用上面提到的粘合剂使用Teflon使用Teflon使用Teflon进行催化剂，并使用上述粘合剂进行耐水处理。研究了微生物和微生物培养基对催化剂的影响，尤其是手术和催化剂中毒的稳定性。长期稳定正在不断研究。此外，后者被认为是基于酶型生物燃料细胞的一次性生物传感器的应用。通过进行氧化葡萄糖在较低电位下氧化的阳极反应，可以使用基于碳的催化剂。我们宣布了一个一次性葡萄糖传感器，该传感器可以通过测量电池的短路电流来量化几微升样品中包含的葡萄糖。到目前为止，在没有酶阴极的情况下，很难实现足够的性能，但是已经发现，基于碳的催化剂也可以使用，并成功扩大了未来应用的范围。