研究紹介

電気化学

酸化還元反応は、生命のエネルギー生産の根幹となる現象です。また最近では、生命のみならず、燃料電池のエネルギー生産の原理にも通じます。当研究室は、酸化還元反応について主に電気化学法のアプローチによって、その本質をとらえることを目指しています。
また、その応用展開の一環として、酵素を触媒とした燃料電池、酵素センサ、微生物を触媒とした「泥の電池」（微生物燃料電池）、バルブ金属の酸化膜形成などについて探求しています。

生物電気化学

電子伝達タンパク質や酸化還元酵素と電極界面との間での直接的な電子授受反応の研究をしています。生体内ではごく普通に行われている、酵素間の電子授受反応を「酵素と電極間」で達成することは至極困難なケースがほとんどです。そのために、電極界面の構造をデザインして、その界面に機能性等を付与することにより、困難な電子授受反応を達成することが可能になります。

酵素と電極間の電子授受反応が可能になりますと、酵素反応を電子授受反応による電気信号として解析することが可能ですし、酵素センサや酵素燃料電池などへの応用にもつながります。当研究室では、実際に糖を酸化する酵素と酸素を還元する酵素とを組み合わせることにより、糖—空気酵素燃料電池の作製をしてLED発光やモーター駆動が可能であることを示しています。

酵素電極の開発

酵素と電極間の早い電子授受反応が可能になると、酵素反応を電気信号として解析することが可能になります。この原理を利用したものでよく知られた酵素センサの一つがモバイルタイプの血糖値センサです。さらに、酵素を触媒として電気を取り出す、酵素燃料電池などへの展開も可能です。本研究室では、基質を酸化する酵素と酸素を還元する酵素の組合せにより酵素触媒型燃料電池の開発もしています。

「泥の電池」（微生物触媒型燃料電池）

微生物の分類として、好気性菌と嫌気性菌が一般的に知られています。一方、電子の“流れ”に着目すると、“発電菌（電子輸送菌）”と“電気菌（電子引き抜き）”としても微生物は分類できます。この発電菌をつかって微生物を触媒様に利用した微生物燃料電池を開発できます。本研究室では、実際の泥を使って、「現場にあるままの泥」で、「そこに生息する微生物」を用いて「泥の浄化を促進する」とともに「可能なだけの電力」を取り出すことをコンセプトに掲げ、それを「泥の電池」と命名しました。

タンタル酸化皮膜形成の基礎研究

社会インフラにもなったスマートフォンには多くのコンデンサーが使われています。そのコンデンサーの一つに、タンタル酸化皮膜を導電性高分子で被覆した「電解重合タンタルコンデンサ」があります。本研究室では、タンタルの酸化皮膜の形成についての基礎研究をしています。

ナノ粒子を用いた電気化学触媒とセンサの開発

ナノ粒子の比表面積は極めて大いため、高感度化することができます。また、ナノサイズ効果も期待できます。本研究室では、各種金属やその合金、セラミックスを用いた電気化学的CO2触媒還元電極、イオンや生体関連物質を高感度に検出するセンサ電極の開発をしています。