非白金水素エネルギー変換系に繋がるヒドロゲナーゼへの生物電気化学的アプローチ

氢化酶的生物电化学方法导致非铂氢能转换系统

• 批准号: 15J02900
• 负责人: 宋 慶盛
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J02900/
• 关键词: 非白金水素エネルギー変換系; バイオ電池; 直接電子移動型酵素電極反応; ガス拡散型電極; マルチ銅オキシダーゼ; ヒドロゲナーゼ; カーボンナノチューブ; 酸化的不活性化

本研究の目的は，実用化に資する，白金を含まない水素／酸素バイオ電池を構築することである．昨年度までは，水素酸化極（アノード）と酸素還元極（カソード）の単極性能に焦点を当て，両者の性能を向上させてきた．平成２８年度では，両極ガス拡散型水素／酸素バイオ電池の構築，及び酸素還元酵素であるマルチ銅オキシダーゼ（BOD）の電気化学的反応解析に関する研究を推進した．前者では，これまでの研究を総合することで，“両極ガス拡散型水素／酸素バイオ電池”を構築し，その性能評価を行った．ガス拡散型システムでは，ガス状基質を気相から直接的に取り込むため，溶解度の低い基質（水素や酸素）の供給速度を大幅に向上させることができる．また，水素／酸素バイオ電池にガス拡散型システムを導入した例はこれまでになく，世界で初めての試みである．本成果は，J. Mater. Chem. A誌に掲載済みである．後者では，バイオ電池において，酸素還元触媒として働く酵素特性の理解を更に深める研究を行った．カソード酵素であるBODは，熱力学的過電圧が小さい上に，触媒活性が高い特徴を有するため，世界中で幅広く利用されている．そのため，カソードにおけるBODの反応機構をより詳細に理解することは，様々なバイオ電池の更なる性能向上に大きく寄与する．そこで，触媒電流が大きい条件におけるBODの電気化学的反応解析式を考案し，各種電極における測定結果を解析した．本成果は，J. Electroanal. Chem.誌に掲載済みである．

这项研究的目的是构建一个无铂氢/氧生物细胞系统，该系统将有助于实际应用。直到去年，我们一直集中在氢氧化极（阳极）和氧气还原极（阴极）的单极性能上，以改善两者的性能。 2016年，我们促进了对双极气体扩散型氢/氧生物细胞的构建的研究，并分析了多氧化酶（BOD）的电化学反应（氧还原）。在前者中，通过将先前的研究结合起来，我们构建了“生物电极扩散型氢/氧生物鼠体”，并评估了其性能。在气体扩散系统中，气态底物直接从气相采取，这可以显着提高低溶解度底物（氢和氧）的供应率。此外，这是世界上第一次将气体扩散系统引入氢/氧生物ell的尝试，从未有过。这一发现已在J. Mater发表。化学答：在后一种情况下，我们进行了研究，以进一步加深对生物细胞细胞中氧还原催化剂的酶特性的理解。 BOD是一种阴极酶，在世界范围内广泛使用，因为它的热力学过压低，其特征是其高催化活性。因此，更详细地了解BOD在阴极处的反应机制将极大地有助于进一步改善各种生物细胞的性能。因此，我们在催化电流高的条件下为BOD设计了一个电化学反应分析方程，并分析了各种电极的测量结果。这一发现已发表在J. Electroanal中。化学杂志。

项目成果

Bioelectrochemical analysis of thermodynamics of the catalytic cycle and kinetics of the oxidative inactivation of oxygen-tolerant [NiFe]-hydrogenase

耐氧[NiFe]-氢化酶催化循环热力学和氧化失活动力学的生物电化学分析

• DOI: 10.1016/j.jelechem.2016.02.009
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Electroanalytical Chemistry
• 影响因子: 4.5
• 作者: Keisei So;Rui Hamamoto;Ryosuke Takeuchi;Yuki Kitazumi;Osamu Shirai;Ryohei Endo;Hirofumi Nishihara;Yoshiki Higuchi;Kenji Kano
• 通讯作者: Kenji Kano

Analysis of factors governing direct electron transfer-type bioelectrocatalysis of bilirubin oxidase at modified electrodes

修饰电极直接电子转移型胆红素氧化酶生物电催化的影响因素分析

• DOI: 10.1016/j.jelechem.2016.10.062
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Electroanalytical Chemistry
• 影响因子: 4.5
• 作者: Keisei So;Yuki Kitazumi;Osamu Shirai;Kenji Kano
• 通讯作者: Kenji Kano

Dual Air-Diffusion Membrane- and Mediatorless Dihydrogen/Air-Breathing Biofuel Cell Operating at Room Temperature

室温下运行的双空气扩散膜和无介质氢气/呼吸空气生物燃料电池

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.10.030
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Power Sources
• 影响因子: 9.2
• 作者: Hong-qi Xia;Keisei;So;Yuki Kitazumi;Osamu Shirai;Koji Nishikawa;Yoshiki Higuchi;Kenji Kano
• 通讯作者: Kenji Kano

水素酸化触媒ヒドロゲナーゼにおける電流ー電圧曲線へのこだわり

关注氢氧化催化剂氢化酶中的电流-电压曲线

• 发表时间: 2015
• 作者: Keisei So;Yuki Kitazumi;Osamu Shirai;Koji Nishikawa;Yoshiki Higuchi;Kenji Kano;佐々木聡;宋 慶盛，北隅優希，白井 理，加納健司;佐佐木聰;宋慶盛，北隅優希，白井理，樋口芳樹，加納健司
• 通讯作者: 宋慶盛，北隅優希，白井理，樋口芳樹，加納健司

物質拡散を考慮した直接電子移動型酵素電極反応解析－酸素還元触媒であるビリルビンオキシダーゼを例として－

考虑物质扩散的直接电子转移酶电极反应分析 - 以氧还原催化剂胆红素氧化酶为例 -

• 发表时间: 2016
• 作者: Keisei So;Yuki Kitazumi;Osamu Shirai;Koji Nishikawa;Yoshiki Higuchi;Kenji Kano;佐々木聡;宋 慶盛，北隅優希，白井 理，加納健司
• 通讯作者: 宋 慶盛，北隅優希，白井 理，加納健司