JP2008019120A - Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor - Google Patents

Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor Download PDF

Info

Publication number
JP2008019120A
JP2008019120A JP2006191514A JP2006191514A JP2008019120A JP 2008019120 A JP2008019120 A JP 2008019120A JP 2006191514 A JP2006191514 A JP 2006191514A JP 2006191514 A JP2006191514 A JP 2006191514A JP 2008019120 A JP2008019120 A JP 2008019120A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrode material
carbon
material according
amino group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006191514A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Uchiyama
俊一 内山
Hiroaki Watanabe
浩昭 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2006191514A priority Critical patent/JP2008019120A/en
Publication of JP2008019120A publication Critical patent/JP2008019120A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode material in which the amount of the catalyst metal such as platinum to be used can be reduced, to provide its production method, to provide an electrochemical sensor, to provide an electrode for a fuel cell, to provide an oxygen reduction catalyst electrode, and to provide a biosensor. <P>SOLUTION: Using glassy carbon as a working electrode 12, a platinum wire as a counter electrode 14, and a silver-silver chloride electrode as a standard electrode 16, an ammonium carbamate aqueous solution of 0.1M is subjected to electrolytic oxidation at a fixed potential from 0.8 to 1.3V for 1hr. In this way, an electrode material in which an amino group is covalent-bonded to the surface of the glassy carbon is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極材料及びその製造方法並びに電気化学センサ、燃料電池用電極、酸素還元触媒電極及びバイオセンサの改良に関する。   The present invention relates to an electrode material, a method for producing the same, an electrochemical sensor, a fuel cell electrode, an oxygen reduction catalyst electrode, and a biosensor.

従来より、黒鉛構造を有する導電性炭素材料は、電池用電極、電気化学センサ用電極等として広く用いられている。しかし、その酸化還元特性は必ずしも満足できるものではなく、出来るだけ迅速な電解酸化還元を行うために触媒担持等の技術が開発されている。   Conventionally, conductive carbon materials having a graphite structure have been widely used as battery electrodes, electrochemical sensor electrodes, and the like. However, the oxidation-reduction characteristics are not always satisfactory, and techniques such as catalyst loading have been developed in order to perform electrolytic oxidation-reduction as quickly as possible.

例えば、下記特許文献1には、白金等の金属微粒子が多孔質炭素膜の細孔表面壁に分散担持された燃料電池用電極が開示されている。
特開2004−335459号公報
For example, Patent Document 1 below discloses a fuel cell electrode in which metal fine particles such as platinum are dispersedly supported on the pore surface walls of a porous carbon film.
JP 2004-335459 A

しかし、上記従来の技術においては、高価な白金を触媒として使用するので、コストが高くなるという問題があった。そこで、白金等の高価な触媒金属の使用量を減らし、または使用しなくても電極の酸化還元特性を維持、向上できれば上記問題は解決する。   However, in the above conventional technique, since expensive platinum is used as a catalyst, there is a problem that the cost is increased. Therefore, the above problem can be solved if the amount of the expensive catalytic metal such as platinum is reduced or the oxidation-reduction characteristics of the electrode can be maintained and improved without use.

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、白金等の触媒金属の使用量を減らすことができる電極材料及びその製造方法並びに電気化学センサ、燃料電池用電極、酸素還元触媒電極及びバイオセンサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electrode material capable of reducing the amount of catalyst metal such as platinum, a manufacturing method thereof, an electrochemical sensor, a fuel cell electrode, oxygen It is to provide a reduction catalyst electrode and a biosensor.

上記目的を達成するために、本発明は、電極材料であって、炭素材料の表面に含窒素官能基が共有結合していることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is an electrode material, wherein a nitrogen-containing functional group is covalently bonded to the surface of a carbon material.

また、上記電極材料において、前記含窒素官能基はアミノ基であるのが好適である。   In the electrode material, the nitrogen-containing functional group is preferably an amino group.

また、上記電極材料において、前記炭素材料は、導電性を有する炭素材料であるのが好適であり、特にグラッシーカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンフェルト、プラスチック成型カーボンまたはダイヤモンド電極のいずれかであるのが好適である。   In the above electrode material, the carbon material is preferably a carbon material having conductivity, and in particular, any one of glassy carbon, carbon nanotube, carbon felt, plastic molded carbon, or diamond electrode is preferable. It is.

また、本発明は、電極材料の製造方法であって、カルバミン酸を含む水溶液を炭素電極を使用して電解酸化し、炭素電極の表面に含窒素官能基を共有結合させることを特徴とする。   The present invention is also a method for producing an electrode material, characterized in that an aqueous solution containing carbamic acid is electrolytically oxidized using a carbon electrode, and a nitrogen-containing functional group is covalently bonded to the surface of the carbon electrode.

また、上記電極材料の製造方法において、前記含窒素官能基はアミノ基であるのが好適である。   In the method for producing the electrode material, the nitrogen-containing functional group is preferably an amino group.

また、上記電極材料の製造方法において、前記カルバミン酸を含む水溶液は、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウムまたは炭酸水素アンモニウムであるのが好適である。   In the method for producing an electrode material, the aqueous solution containing carbamic acid is preferably ammonium carbamate, ammonium carbonate, or ammonium hydrogen carbonate.

また、本発明は、電気化学センサであって、上記電極材料または上記電極材料の製造方法により製造した電極材料を使用したことを特徴とする。   In addition, the present invention is an electrochemical sensor using the electrode material manufactured by the electrode material or the method for manufacturing the electrode material.

また、本発明は、燃料電池用電極であって、上記電極材料または上記電極材料の製造方法により製造した電極材料を使用したことを特徴とする。   In addition, the present invention is an electrode for a fuel cell, wherein the electrode material manufactured by the electrode material or the method for manufacturing the electrode material is used.

また、本発明は、酸素還元触媒電極であって、上記電極材料または上記電極材料の製造方法により製造した電極材料を使用したことを特徴とする。   In addition, the present invention is an oxygen reduction catalyst electrode, characterized in that the electrode material manufactured by the electrode material or the electrode material manufacturing method is used.

また、上記酸素還元触媒電極において、前記貴金属触媒は白金であるのが好適である。   In the oxygen reduction catalyst electrode, it is preferable that the noble metal catalyst is platinum.

また、本発明は、バイオセンサであって、上記電極材料または上記電極材料の製造方法により製造した電極材料を使用したことを特徴とする。   In addition, the present invention is a biosensor using the electrode material or the electrode material manufactured by the method for manufacturing the electrode material.

また、上記バイオセンサにおいて、前記分子認識剤は、酵素、生体触媒、抗原または抗体であるのが好適である。   In the biosensor, the molecular recognition agent is preferably an enzyme, a biocatalyst, an antigen, or an antibody.

本発明によれば、炭素材料の表面の炭素原子に含窒素官能基が共有結合しているので、電極の酸化還元特性を向上することができる。   According to the present invention, since the nitrogen-containing functional group is covalently bonded to the carbon atom on the surface of the carbon material, the redox characteristics of the electrode can be improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.

本発明は、炭素材料の表面の炭素原子に含窒素官能基を共有結合させることにより、酸化還元特性を向上させた電極材料である点を特徴としている。   The present invention is characterized in that the electrode material has improved redox characteristics by covalently bonding a nitrogen-containing functional group to a carbon atom on the surface of the carbon material.

上記本発明にかかる電極材料の実施形態としては、含窒素官能基をアミノ基とすることが好適である。また、このアミノ基を酸化してニトロ基またはニトロソ基を形成してもよい。また、本実施形態の炭素材料は、電極材料として必要な導電性を有するものであり、黒鉛等が好ましい。例えば、グラッシーカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンフェルト、プラスチック成型カーボンまたはダイヤモンド電極等を使用することができる。   As an embodiment of the electrode material according to the present invention, the nitrogen-containing functional group is preferably an amino group. Further, this amino group may be oxidized to form a nitro group or a nitroso group. Moreover, the carbon material of this embodiment has conductivity required as an electrode material, and graphite or the like is preferable. For example, glassy carbon, carbon nanotube, carbon felt, plastic molded carbon, diamond electrode, or the like can be used.

アミノ基を炭素材料の表面の炭素原子に共有結合させるには、炭素材料を電極としてカルバミン酸を含む水溶液を電解酸化することによりカルバミン酸を炭素材料の表面の炭素原子に直接共有結合させ、その後脱炭酸してアミノ基を炭素材料の表面の炭素原子に共有結合で直接導入する方法が好適である。上記カルバミン酸を含む水溶液としては、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウムまたは炭酸水素アンモニウムを好適に使用することができる。   In order to covalently bond the amino group to the carbon atom on the surface of the carbon material, the carbamic acid is directly covalently bonded to the carbon atom on the surface of the carbon material by electrolytic oxidation of an aqueous solution containing carbamic acid using the carbon material as an electrode. A method in which an amino group is directly introduced into a carbon atom on the surface of a carbon material by a covalent bond by decarboxylation is preferable. As the aqueous solution containing the carbamic acid, ammonium carbamate, ammonium carbonate, or ammonium bicarbonate can be suitably used.

以上のようにしてアミノ基を炭素材料の表面の炭素原子に直接共有結合させた例が以下に示される。

Figure 2008019120
An example in which the amino group is directly covalently bonded to the carbon atom on the surface of the carbon material as described above is shown below.
Figure 2008019120

上記構造式に示されるように、炭素材料の表面にはアミノ基のほかに水酸基やカルボン酸などの含酸素官能基も結合している。このため、炭素材料の表面に共存する含酸素官能基群と含窒素官能基群との相互作用により酸化還元特性等の電極特性を向上することができる。このため、白金等の触媒金属の使用量を削減しても電極の電解酸化還元能力を維持することができる。   As shown in the above structural formula, in addition to amino groups, oxygen-containing functional groups such as hydroxyl groups and carboxylic acids are bonded to the surface of the carbon material. For this reason, electrode characteristics such as redox characteristics can be improved by the interaction between the oxygen-containing functional group group and the nitrogen-containing functional group group coexisting on the surface of the carbon material. For this reason, even if it reduces the usage-amount of catalyst metals, such as platinum, the electrolytic oxidation reduction capability of an electrode can be maintained.

これに対して、炭素材料の表面の水酸基にクロロシランやアルコキシシランなどのアミノ基を有する有機ケイ素化合物を反応させてアミノ基を導入したもの、すなわち炭素材料の表面に結合させた分子鎖の先端にアミノ基をペンダントした状態で導入したものは、上記含酸素官能基群との相互作用が低く、酸化還元特性等の電極特性を十分に向上させることができない。   On the other hand, an amino group introduced by reacting a hydroxyl group on the surface of the carbon material with an organosilicon compound having an amino group such as chlorosilane or alkoxysilane, that is, at the end of a molecular chain bonded to the surface of the carbon material. When the amino group is introduced in a pendant state, the interaction with the oxygen-containing functional group is low, and electrode characteristics such as redox characteristics cannot be sufficiently improved.

また、本実施形態にかかる電極材料は、上記の通り酸化還元特性等の電極特性が向上されているので、電気化学センサ、燃料電池用電極、酸素還元触媒電極、バイオセンサ等に使用するのが好適である。なお、上記バイオセンサにおいては、電極材料の表面に共有結合したアミノ基等の含窒素官能基に、酵素、生体触媒、抗原または抗体等の分子認識剤を化学的に固定することにより構成する。   In addition, since the electrode material according to the present embodiment has improved electrode characteristics such as oxidation-reduction characteristics as described above, it may be used for electrochemical sensors, fuel cell electrodes, oxygen reduction catalyst electrodes, biosensors, and the like. Is preferred. The biosensor is configured by chemically immobilizing a molecular recognition agent such as an enzyme, a biocatalyst, an antigen or an antibody on a nitrogen-containing functional group such as an amino group covalently bonded to the surface of the electrode material.

以下、本発明の具体例を実施例として説明する。なお、この実施例は本発明の一例であり、本発明は本実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described as examples. This example is an example of the present invention, and the present invention is not limited to this example.

実施例1.
以下の手順により、炭素材料の表面の炭素原子に含窒素官能基を共有結合させた。
Example 1.
The nitrogen-containing functional group was covalently bonded to the carbon atom on the surface of the carbon material by the following procedure.

炭素材料としてグラッシーカーボンを選択し、これを作用電極として用いて、0.1M(モル/リットル)のカルバミン酸アンモニウム水溶液を電解酸化した。   Glassy carbon was selected as the carbon material, and 0.1 M (mol / liter) aqueous ammonium carbamate solution was electrolytically oxidized using this as the working electrode.

図1には、上記カルバミン酸アンモニウム水溶液の電解酸化装置の構成例が示される。図1において、直径2.5cm深さ5cmのプラスチック容器10に電解液として0.1Mカルバミン酸アンモニウム水溶液を入れ、作用電極12として直径3mmのグラッシーカーボン電極(ビーエーエス株式会社製)、対極14として0.5mmの白金線、基準電極16として銀―塩化銀電極(Ag/AgCl)を用いた3電極法で定電位電解酸化を行った。作用電極12はサブミクロンのアルミナ微粒子で研磨してから洗浄して用いた。カルバミン酸アンモニウムはメルク社製特級を用いた。定電位電解は、ボルタメトリックアナライザー(北斗電工製HZ3000)をポテンショスタット18として用い、作用電極12に、基準電極16に対して一定電位(0.8Vから1.3Vの間)を印加して1時間行った。なお、定電位電解中はスターラー20によりカルバミン酸アンモニウム水溶液を攪拌した。電解酸化処理後、作用電極12を蒸留水で洗浄し、含窒素官能基であるアミノ基が結合した炭素電極を作製した。   FIG. 1 shows a configuration example of the electrolytic oxidation apparatus for the ammonium carbamate aqueous solution. In FIG. 1, a 0.1M ammonium carbamate aqueous solution is placed as an electrolyte in a plastic container 10 having a diameter of 2.5 cm and a depth of 5 cm, a glassy carbon electrode having a diameter of 3 mm (manufactured by BIAS Co., Ltd.) as a working electrode 12, and a counter electrode 14 being 0 Constant potential electrolytic oxidation was performed by a three-electrode method using a 5 mm platinum wire and a silver-silver chloride electrode (Ag / AgCl) as the reference electrode 16. The working electrode 12 was used after being polished with submicron alumina particles. For the ammonium carbamate, a special grade manufactured by Merck & Co. was used. The constant potential electrolysis is performed by applying a constant potential (between 0.8V and 1.3V) to the reference electrode 16 to the working electrode 12 using a voltametric analyzer (HZ3000 manufactured by Hokuto Denko) as the potentiostat 18. Went for hours. In addition, the ammonium carbamate aqueous solution was stirred with the stirrer 20 during constant potential electrolysis. After the electrolytic oxidation treatment, the working electrode 12 was washed with distilled water to produce a carbon electrode to which an amino group that is a nitrogen-containing functional group was bonded.

図2には、上記カルバミン酸アンモニウム水溶液の電解酸化を実施した場合の電解酸化電流の経時変化が示される。図2において、電解時間の経過とともにカルバミン酸の電解酸化電流が大きくなっていることがわかる。これは、グラッシーカーボン電極の表面にカルバミン酸が電解化学修飾されて電極の酸化触媒活性が徐々に上昇しているからである。   FIG. 2 shows a change with time of the electrolytic oxidation current when electrolytic oxidation of the ammonium carbamate aqueous solution is performed. In FIG. 2, it can be seen that the electrolytic oxidation current of carbamic acid increases with the passage of electrolysis time. This is because carbamic acid is electrochemically modified on the surface of the glassy carbon electrode, and the oxidation catalytic activity of the electrode gradually increases.

図3(a)、(b)には、グラッシーカーボン電極の表面をX線光電子スペクトロフォトメトリー(XPS)で測定した結果が示される。なお、図3(a)は、カルバミン酸アンモニウム水溶液の電解酸化処理を行っていないグラッシーカーボン電極であり、図3(b)は、電解酸化処理を行ったグラッシーカーボン電極である。また、図3(a)、(b)では、横軸に検出された電子のエネルギーが原子核に対する束縛エネルギーとして示され、縦軸に検出された電子の数が示されている。   3A and 3B show the results of measuring the surface of the glassy carbon electrode by X-ray photoelectron spectrophotometry (XPS). 3A shows a glassy carbon electrode that has not been subjected to electrolytic oxidation treatment of an aqueous ammonium carbamate solution, and FIG. 3B shows a glassy carbon electrode that has undergone electrolytic oxidation treatment. In FIGS. 3A and 3B, the energy of electrons detected on the horizontal axis is shown as binding energy for the nucleus, and the number of detected electrons is shown on the vertical axis.

電解酸化処理を行った図3(b)では、電解酸化処理を行っていない図3(a)には無いN1sのピークが観測されるが、このピークが炭素と窒素との間の共有結合を示している。これにより、カルバミン酸の電解酸化によってグラッシーカーボン電極の表面に窒素原子が直接導入されたことがわかる。   In FIG. 3B in which the electrolytic oxidation treatment was performed, a peak of N1s not observed in FIG. 3A in which the electrolytic oxidation treatment was not performed is observed, but this peak represents a covalent bond between carbon and nitrogen. Show. This shows that nitrogen atoms were directly introduced into the surface of the glassy carbon electrode by electrolytic oxidation of carbamic acid.

図4には、カルバミン酸の窒素原子がグラッシーカーボン電極の表面に共有結合によって導入される機構が示される。図4において、カルバミン酸の一電子ラジカルがグラッシーカーボン電極の表面の炭素原子に共有結合し、カルボン酸が二酸化炭素として脱離する。この結果、グラッシーカーボン電極の表面にはアミノ基が導入される。   FIG. 4 shows a mechanism in which nitrogen atoms of carbamic acid are introduced to the surface of the glassy carbon electrode by covalent bonds. In FIG. 4, the one-electron radical of carbamic acid is covalently bonded to the carbon atom on the surface of the glassy carbon electrode, and the carboxylic acid is desorbed as carbon dioxide. As a result, amino groups are introduced on the surface of the glassy carbon electrode.

グラッシーカーボン電極の表面にアミノ基が導入されていることは、カテコールのサイクリックボルタンメトリーを行うことにより確認した。すなわち、カテコールは電気化学的に酸化されて1,2−ベンゾキノンになるが、この物質はアミノ基と結合してカテコールとは別の電位に酸化還元波を示すことが分かっている(文献Electroanalysis,10巻 647ページ,1998年)。そこで、上記電解酸化処理を行ったグラッシーカーボン電極でカテコールのサイクリックボルタンメトリーを行った。   The introduction of an amino group on the surface of the glassy carbon electrode was confirmed by performing cyclic voltammetry of catechol. That is, it is known that catechol is electrochemically oxidized to 1,2-benzoquinone, but this substance binds to an amino group and exhibits a redox wave at a potential different from that of catechol (Document Electroanalysis, 10: 647, 1998). Therefore, cyclic voltammetry of catechol was performed with the glassy carbon electrode subjected to the electrolytic oxidation treatment.

図5(a)、(b)には、上記グラッシーカーボン電極で行ったカテコールのサイクリックボルタンメトリーの結果が示される。図5(a)は、電解酸化処理を行ったグラッシーカーボン電極を用いて得られたリン酸緩衝液のサイクリックボルタモグラムであり、図5(b)は、図5(a)で用いたグラッシーカーボン電極を純水で洗浄した後電極として用いて得られたリン酸緩衝液のサイクリックボルタモグラムである。なお、図5(a)、(b)の横軸はAg/AgCl基準電極に対する電位であり、縦軸は電流である。   5 (a) and 5 (b) show the results of catechol cyclic voltammetry performed with the glassy carbon electrode. FIG. 5 (a) is a cyclic voltammogram of a phosphate buffer obtained using a glassy carbon electrode subjected to electrolytic oxidation treatment, and FIG. 5 (b) is a glassy carbon used in FIG. 5 (a). It is a cyclic voltammogram of the phosphate buffer obtained by using an electrode after washing | cleaning an electrode with a pure water. 5A and 5B, the horizontal axis represents the potential with respect to the Ag / AgCl reference electrode, and the vertical axis represents the current.

図5(a)では、カテコールの酸化還元波(IaとIc)とは別の酸化還元波が観察された(IIaとIIc)。これは、カテコールが電気化学的に酸化されて生じた1,2−ベンゾキノンとグラッシーカーボン電極の表面に存在するアミノ基とが結合した物質の酸化還元波である。また、この酸化還元波は、上記グラッシーカーボン電極を純水で洗浄してから得られたサイクリックボルタモグラムによってより明瞭にされる(図5(b)のIIaとIIc)。この結果から、カルバミン酸の電解酸化によりグラッシーカーボン電極の表面にアミノ基が導入されていることが確認された。   In FIG. 5A, redox waves different from catechol redox waves (Ia and Ic) were observed (IIa and IIc). This is a redox wave of a substance in which 1,2-benzoquinone produced by electrochemical oxidation of catechol and an amino group present on the surface of a glassy carbon electrode are combined. The oxidation-reduction wave is further clarified by a cyclic voltammogram obtained after washing the glassy carbon electrode with pure water (IIa and IIc in FIG. 5B). From this result, it was confirmed that amino groups were introduced on the surface of the glassy carbon electrode by electrolytic oxidation of carbamic acid.

実施例2.
実施例1と同様にしてアミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極についてサイクリックボルタンメトリーを実施し、酸素の還元電位を測定した。なお、比較例として、表面の炭素原子にアミノ基を共有結合させていないグラッシーカーボン電極についても同様に測定した。
Example 2
In the same manner as in Example 1, cyclic voltammetry was performed on a glassy carbon electrode in which an amino group was covalently bonded to a carbon atom on the surface, and the reduction potential of oxygen was measured. As a comparative example, the same measurement was performed on a glassy carbon electrode in which an amino group was not covalently bonded to a surface carbon atom.

上記サイクリックボルタンメトリーは、電解対象物質を含む0.1Mリン酸緩衝液(pH7)中に、表面にアミノ基を導入したグラッシーカーボン電極、白金線対極及び銀―塩化銀基準電極を入れ、−1.0Vから+1.0Vの電位範囲で実施した。電位の掃引速度は100mV/秒で行い、測定は常温で行った。なお、電解セルは図1と同じものを用いた。   In the cyclic voltammetry, a glassy carbon electrode having an amino group introduced on its surface, a platinum wire counter electrode, and a silver-silver chloride reference electrode are placed in a 0.1 M phosphate buffer solution (pH 7) containing a substance to be electrolyzed. It was carried out in a potential range of 0.0 V to +1.0 V. The potential sweep rate was 100 mV / sec, and the measurement was performed at room temperature. The same electrolytic cell as that shown in FIG. 1 was used.

図6には、上記還元電位の測定結果が示される。図6において、曲線Aがカルバミン酸の電解酸化処理を実施していないグラッシーカーボン電極での測定結果であり、曲線Bがカルバミン酸の電解酸化処理を実施したグラッシーカーボン電極での測定結果であり、曲線Cがカルバミン酸の電解酸化処理を実施した後白金を担持させたグラッシーカーボン電極での測定結果である。   FIG. 6 shows the measurement result of the reduction potential. In FIG. 6, curve A is a measurement result at a glassy carbon electrode that has not been subjected to electrolytic oxidation treatment of carbamic acid, and curve B is a measurement result at a glassy carbon electrode that has been subjected to electrolytic oxidation treatment of carbamic acid, Curve C is a measurement result with a glassy carbon electrode carrying platinum after electrolytic oxidation treatment of carbamic acid.

カルバミン酸の電解酸化処理を実施していない場合には、図6の曲線Aに示されるように、酸素の還元波Icが約−0.4V(vs.Ag/AgCl)付近で立ち上がっているが、カルバミン酸の電解酸化処理を実施した場合には、曲線Bに示されるように、酸素の還元波Icが約−0.2V(vs.Ag/AgCl)付近で立ち上がっており、曲線Aの場合に対して約0.2V程度正電位側にシフトしている。これは、主として酸素が電解還元して生成するスーパーオキシドアニオン(O )が電解還元分解して過酸化水素イオンを生成するからである。また、カルバミン酸の電解酸化処理を実施した後白金を担持させた場合には、曲線Cに示されるように、酸素の還元波Icが+0.25V(vs.Ag/AgCl)付近で立ち上がっており、さらに正電位側にシフトしている。これは、白金微粒子の酸素還元触媒機能によるためである。なお、曲線CのIIaとIIcはそれぞれ水素の酸化波と水素イオンの還元波である。これらは白金坦持したことによって現れた波である。従って白金坦持した電極同士の場合、酸素の還元波CのIcと水素の酸化波CのIIaの組み合わせで起電力が発生する。またアミノ基導入電極と白金坦持電極を陰極と陽極に用いた場合同様にBのIcとCのIIaの組み合わせで起電力が発生する。 When the carbamic acid electrolytic oxidation treatment is not performed, the oxygen reduction wave Ic rises in the vicinity of about −0.4 V (vs. Ag / AgCl) as shown by the curve A in FIG. In the case of the electrolytic oxidation treatment of carbamic acid, as shown in the curve B, the reduction wave Ic of oxygen rises in the vicinity of about −0.2 V (vs. Ag / AgCl). Is shifted to the positive potential side by about 0.2V. This is mainly because the superoxide anion (O 2 ) generated mainly by electrolytic reduction of oxygen is electrolytically decomposed to generate hydrogen peroxide ions. When platinum is supported after the electrolytic oxidation treatment of carbamic acid, as shown by curve C, the oxygen reduction wave Ic rises around +0.25 V (vs. Ag / AgCl). Further, it is shifted to the positive potential side. This is because of the oxygen reduction catalytic function of the platinum fine particles. Curves IIa and IIc are a hydrogen oxidation wave and a hydrogen ion reduction wave, respectively. These are the waves that appear as a result of carrying platinum. Therefore, in the case of electrodes supported on platinum, an electromotive force is generated by a combination of Ic of the oxygen reduction wave C and IIa of the hydrogen oxidation wave C. Similarly, when the amino group introduction electrode and the platinum supporting electrode are used for the cathode and the anode, an electromotive force is generated by the combination of B Ic and C IIa.

以上のように、グラッシーカーボン電極等の炭素電極の表面に、共有結合によりアミノ基を導入すると、酸素の還元電位が正電位側にシフトする。このため、酸素還元触媒である白金の担持量を減少させても、高い電位に酸素の還元波をシフトでき、例えば燃料電池用の電極のコストを低減しながら電池の発生電圧を高く維持することができる。   As described above, when an amino group is introduced to the surface of a carbon electrode such as a glassy carbon electrode by a covalent bond, the reduction potential of oxygen is shifted to the positive potential side. For this reason, even if the amount of platinum, which is an oxygen reduction catalyst, is reduced, the reduction wave of oxygen can be shifted to a high potential. For example, the generated voltage of the battery can be kept high while reducing the cost of the electrode for the fuel cell. Can do.

実施例3.
炭素電極としてカーボンフェルト電極を使用し、サイクリックボルタンメトリーを実施して酸素の還元電位を測定した。サイクリックボルタンメトリーの実施条件は、実施例2と同様とした。なお、電解対象物質を含む0.1Mリン酸緩衝液は、溶存酸素が有るものと、窒素パージして溶存酸素が無いものとを準備した。
Example 3
A carbon felt electrode was used as the carbon electrode, and cyclic voltammetry was performed to measure the reduction potential of oxygen. The conditions for cyclic voltammetry were the same as in Example 2. The 0.1M phosphate buffer containing the substance to be electrolyzed was prepared with dissolved oxygen and with nitrogen purged to have no dissolved oxygen.

カーボンフェルト電極としては、直径5mmの円形カーボンフェルト電極(日本カーボン株式会社製 GC−20−5F、厚さ5mm)を使用し、これに白金線を連結し、他の条件は実施例1と同様にしてカルバミン酸アンモニウム水溶液を電解酸化して表面の炭素原子にアミノ基を共有結合させた。また、比較例として、アミノ基の導入を行わないカーボンフェルト電極も使用した。   As the carbon felt electrode, a circular carbon felt electrode having a diameter of 5 mm (GC-20-5F manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., thickness 5 mm) was used, and a platinum wire was connected thereto. Other conditions were the same as in Example 1. Then, an aqueous ammonium carbamate solution was electrolytically oxidized to covalently bond an amino group to a carbon atom on the surface. Moreover, the carbon felt electrode which does not introduce | transduce an amino group was also used as a comparative example.

図7にはアミノ基導入をおこなわないカーボンフェルト電極を使用した酸素の還元電位の測定結果が示される。図7において、電解対象物質を含む0.1Mリン酸緩衝液中に溶存酸素がある場合(曲線B)、0V付近の小さな酸化還元波Icと−0.4V付近からの大きな波が現れている。一方、窒素パージして除酸素したリン酸緩衝液で得たサイクリックボルタモグラム(曲線A)には、0V付近に極めて小さい還元波が現れたのに対し、−0.4V付近に還元波は全く現れていない。   FIG. 7 shows the measurement result of the reduction potential of oxygen using a carbon felt electrode without amino group introduction. In FIG. 7, when dissolved oxygen is present in the 0.1M phosphate buffer containing the substance to be electrolyzed (curve B), a small redox wave Ic near 0V and a large wave from around −0.4V appear. . On the other hand, in the cyclic voltammogram (curve A) obtained with the phosphate buffer deoxygenated by purging with nitrogen, a very small reduction wave appeared in the vicinity of 0V, whereas no reduction wave was observed in the vicinity of −0.4V. Not appearing.

また、図8には、アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたカーボンフェルト電極を使用した酸素の還元電位の測定結果が示される。リン酸緩衝液中に溶存酸素なしのデータ(曲線A)では、図7のIcと同じ還元波aの他に図7には現れなかった還元波bが現れた。これはアミノ基導入処理により新たに酸素の還元メディエーターとなる酸化還元種が導入されたことを示している。このことは、リン酸緩衝液中に溶存酸素がある場合(曲線B)に、上記bと同じ位置に酸素の新しい大きな還元波が観察される(IIc)ことによっても示される。また、上記還元波aの原因となっている酸素の還元メディエーターは、グラッシーカーボンでは全く観察されないメディエーターであり、カーボンフェルト特有の現象である。さらに、この還元波aにより示される酸素還元活性はアミノ基導入により大きく増幅されている。このことは、図8における溶存酸素がある場合の曲線Bの還元波Icの大きさが図7における曲線Bの還元波Icより大きくなっている点からわかる。   FIG. 8 shows the measurement result of the reduction potential of oxygen using a carbon felt electrode in which an amino group is covalently bonded to a surface carbon atom. In the data without dissolved oxygen in the phosphate buffer (curve A), a reduction wave b that did not appear in FIG. 7 appeared in addition to the same reduction wave a as Ic in FIG. This indicates that a redox species that becomes a reduction mediator of oxygen was newly introduced by the amino group introduction treatment. This is also indicated by the fact that when oxygen is present in the phosphate buffer (curve B), a new large reduction wave of oxygen is observed at the same position as b (IIc). The oxygen reduction mediator that causes the reduction wave a is a mediator that is not observed at all in glassy carbon, and is a phenomenon peculiar to carbon felt. Further, the oxygen reduction activity shown by the reduction wave a is greatly amplified by introducing an amino group. This can be seen from the fact that the magnitude of the reduction wave Ic of the curve B in the presence of dissolved oxygen in FIG. 8 is larger than the reduction wave Ic of the curve B in FIG.

さらに、図8の曲線Bと図7の曲線Bとを比較すると、上述したように、アミノ基を導入処理することによって酸素の還元波Icが増幅されることが分かる。この増幅された還元波Icの半波電位は約+0.05V(vs.Ag/AgCl)である。一方、水素還元反応の標準酸化還元電位は−1.05V(vs.Ag/AgCl)であるので、窒素原子を導入したカーボンフェルト電極を用いると、水素と酸素の酸化還元電位の差は約1.10Vとなり、現在普及している白金担持カーボン電極を用いた燃料電池と同じ起電力を示すことになる。そこで、白金を担持させなくても従来の白金担持カーボン電極と同じ起電力を発現させることが可能となる。   Further, comparing the curve B in FIG. 8 and the curve B in FIG. 7, it can be seen that the reduction wave Ic of oxygen is amplified by introducing the amino group as described above. The half wave potential of the amplified reduction wave Ic is about +0.05 V (vs. Ag / AgCl). On the other hand, since the standard redox potential of the hydrogen reduction reaction is −1.05 V (vs. Ag / AgCl), when a carbon felt electrode into which nitrogen atoms are introduced is used, the difference in redox potential between hydrogen and oxygen is about 1 .10V, indicating the same electromotive force as that of a fuel cell using a platinum-supported carbon electrode that is currently popular. Therefore, the same electromotive force as that of the conventional platinum-supported carbon electrode can be developed without supporting platinum.

図9には、アミノ基導入カーボンフェルト電極と白金坦持カーボンフェルト電極との酸素還元電流の比較結果が示される。図9において、曲線Aは図8の曲線Bと同じデータであり、曲線Bは白金坦持カーボンフェルト電極のデータである。図9に示されるように、白金坦持することにより酸素の還元波Ic及びIIcは白金坦持しないときのデータ(図7のB)よりも大きくなったが、アミノ基を導入したカーボンフェルト電極の還元波Ic及びIIcより小さくなった。この結果、アミノ基導入による酸素の還元波を大きくする効果の方が白金坦持による効果よりも大きいことが分かる。なお、アミノ基導入後に白金坦持したカーボンフェルト電極は図9のBとほぼ同じデータとなり、アミノ基導入効果を白金が阻害する結果が得られた。   FIG. 9 shows a comparison result of oxygen reduction currents between the amino group-introduced carbon felt electrode and the platinum-supported carbon felt electrode. In FIG. 9, the curve A is the same data as the curve B of FIG. 8, and the curve B is the data of the platinum carrying carbon felt electrode. As shown in FIG. 9, by carrying platinum, the oxygen reduction waves Ic and IIc were larger than the data when platinum was not carried (B in FIG. 7), but the carbon felt electrode into which amino groups were introduced. It was smaller than the reduction waves Ic and IIc. As a result, it can be seen that the effect of increasing the oxygen reduction wave by introducing the amino group is greater than the effect of platinum support. The carbon felt electrode supported by platinum after the introduction of the amino group had almost the same data as B in FIG. 9, and the result that platinum inhibited the amino group introduction effect was obtained.

実施例4.
実施例1と同様にしてアミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極を使用して過酸化水素の酸化還元電位を測定した。
Example 4
The oxidation-reduction potential of hydrogen peroxide was measured using a glassy carbon electrode in which an amino group was covalently bonded to a surface carbon atom in the same manner as in Example 1.

図10には、過酸化水素の酸化還元電位の測定結果が示される。なお、図10において、曲線Aはアミノ基を表面の炭素原子に共有結合させていないグラッシーカーボン電極を使用した場合を、曲線Bはアミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極を使用した場合をそれぞれ示している。   FIG. 10 shows the measurement result of the oxidation-reduction potential of hydrogen peroxide. In FIG. 10, curve A shows a case where a glassy carbon electrode in which an amino group is not covalently bonded to a surface carbon atom is used, and curve B shows a glassy carbon electrode in which an amino group is covalently bonded to a surface carbon atom. Each case is shown.

上記曲線A、Bから分かるように、アミノ基の表面への導入の有無により過酸化水素還元電流値が大きく異なり、アミノ基を導入したグラッシーカーボン電極では過酸化水素還元の立ち上がり電位が酸素還元の立ち上がり電位とほぼ同じ−0.2V(vs.Ag/AgCl)にシフトすることがわかる。これによれば、例えば燃料電池中において、酸素還元電位と同じ電位でカーボンや隔膜を劣化させる過酸化水素を、その電位で還元できるので、過酸化水素による劣化を回避することができる。   As can be seen from the above curves A and B, the hydrogen peroxide reduction current value varies greatly depending on whether amino groups are introduced onto the surface. In the glassy carbon electrode into which amino groups are introduced, the rising potential of hydrogen peroxide reduction is reduced by oxygen reduction. It can be seen that the voltage shifts to −0.2 V (vs. Ag / AgCl) which is substantially the same as the rising potential. According to this, for example, in a fuel cell, hydrogen peroxide that degrades carbon and the diaphragm at the same potential as the oxygen reduction potential can be reduced at that potential, so that deterioration due to hydrogen peroxide can be avoided.

また、アミノ基を導入したグラッシーカーボン電極では、過酸化水素の電解酸化電流(Ia)も大幅に増大し、直接電解酸化が可能であることがわかる。したがって、この電極は、過酸化水素の還元及び酸化の両方を促進することができることがわかる。   In addition, it can be seen that the glassy carbon electrode into which an amino group has been introduced also greatly increases the electrolytic oxidation current (Ia) of hydrogen peroxide, and direct electrolytic oxidation is possible. Thus, it can be seen that this electrode can promote both reduction and oxidation of hydrogen peroxide.

図11には、実施例1と同様にしてアミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極を使用して、過酸化水素の定電位電解電流測定を行った結果が示される(A)。なお、比較例として、リン酸緩衝液を電解処理したグラッシーカーボン電極(B)及び電解処理を実施しない(アミノ基導入をしない)グラッシーカーボン電極(C)を使用した過酸化水素の定電位電解電流測定も行った。ここで、使用した過酸化水素は0.088Mの濃度であり、これを順次添加して、添加量がa:50マイクロリットル(μL)、b:100μL、c:150μL、d:200μL、e:500μL、f:500μL、g:1mLである場合の定電位電解電流を測定した。定電位電解は、Ag/AgCl基準電極に対して+0.85Vの電位で行った。   FIG. 11 shows the results of a constant potential electrolysis current measurement of hydrogen peroxide using a glassy carbon electrode in which an amino group is covalently bonded to a surface carbon atom in the same manner as in Example 1 (A ). As a comparative example, a constant potential electrolysis current of hydrogen peroxide using a glassy carbon electrode (B) electrolyzed with a phosphate buffer and a glassy carbon electrode (C) not subjected to electrolytic treatment (no amino group introduction) Measurements were also made. Here, the hydrogen peroxide used has a concentration of 0.088M, and these are added sequentially, and the addition amount is a: 50 microliters (μL), b: 100 μL, c: 150 μL, d: 200 μL, e: The constant potential electrolysis current was measured when 500 μL, f: 500 μL, and g: 1 mL. Constant potential electrolysis was performed at a potential of +0.85 V with respect to the Ag / AgCl reference electrode.

図11において、アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極(A)は、比較例B、Cに較べ大きな電解電流を与えることが明らかとなった。この結果から、過酸化水素の検出限界は約1μM(マイクロモル/リットル)程度に設定できることがわかる。このため、本実施例のアミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極は、過酸化水素の電解酸化電流を検出する方式の電気化学センサやバイオセンサに適用できる。従来、このような電気化学センサやバイオセンサは、電極に金や白金などの貴金属を用いていたが、本実施例によれば貴金属を用いる必要がなく、低コストの電気化学センサやバイオセンサを実現できる。   In FIG. 11, it was revealed that the glassy carbon electrode (A) in which the amino group is covalently bonded to the surface carbon atom gives a larger electrolytic current than Comparative Examples B and C. From this result, it can be seen that the detection limit of hydrogen peroxide can be set to about 1 μM (micromol / liter). For this reason, the glassy carbon electrode in which the amino group of this embodiment is covalently bonded to the carbon atom on the surface can be applied to an electrochemical sensor or a biosensor that detects an electrolytic oxidation current of hydrogen peroxide. Conventionally, such electrochemical sensors and biosensors used noble metals such as gold and platinum as electrodes, but according to the present embodiment, there is no need to use noble metals, and low-cost electrochemical sensors and biosensors can be used. realizable.

実施例5.
炭素電極としてカーボンフェルト電極を使用し、過酸化水素のサイクリックボルタンメトリーを実施した。
Example 5 FIG.
A carbon felt electrode was used as the carbon electrode, and cyclic voltammetry of hydrogen peroxide was performed.

図12には、上記過酸化水素のサイクリックボルタモグラムが示される。図12において、曲線Aは電極表面にアミノ基の導入を行わないカーボンフェルト電極を使用した結果であり、曲線Bは実施例1と同様にしてアミノ基の導入を行ったカーボンフェルト電極を使用した結果である。なお、カーボンフェルト電極としては、日本カーボン株式会社製カーボンフェルト(GC−20−5F)を使用した。   FIG. 12 shows a cyclic voltammogram of the hydrogen peroxide. In FIG. 12, curve A is the result of using a carbon felt electrode on which no amino group was introduced on the electrode surface, and curve B used a carbon felt electrode on which an amino group was introduced in the same manner as in Example 1. It is a result. In addition, as a carbon felt electrode, Nippon Carbon Co., Ltd. carbon felt (GC-20-5F) was used.

図12に示されるように、Ag/AgCl基準電極に対して+0.3V付近から還元される波Icと −0.2V付近から還元される波IIcに分離している。これにより、酸素の還元電位をさらに高電位側にシフトさせることができ、燃料電池等の起電力を大きくすることができる。   As shown in FIG. 12, a wave Ic reduced from around +0.3 V and a wave IIc reduced from around −0.2 V are separated from the Ag / AgCl reference electrode. Thereby, the reduction potential of oxygen can be further shifted to the higher potential side, and the electromotive force of the fuel cell or the like can be increased.

実施例6.
実施例1と同様の方法で、カルバミン酸アンモニウム水溶液の電解酸化時間を3時間として表面にアミノ基を導入したグラッシーカーボン電極を用い、次亜塩素酸イオンの電解還元波を測定した。
Example 6
In the same manner as in Example 1, the electrolytic reduction wave of hypochlorite ions was measured using a glassy carbon electrode in which an amino group was introduced on the surface with an electrolytic oxidation time of the ammonium carbamate aqueous solution being 3 hours.

図13には、上記測定された次亜塩素酸イオンの電解還元波が示される。図13において、曲線Aは比較例としてアミノ基を導入していないグラッシーカーボン電極を用いた場合であり、曲線Bはアミノ基を導入したグラッシーカーボン電極を用いた場合である。   FIG. 13 shows the electrolytic reduction wave of the hypochlorite ion measured above. In FIG. 13, a curve A is a case where a glassy carbon electrode into which an amino group is not introduced is used as a comparative example, and a curve B is a case where a glassy carbon electrode into which an amino group is introduced is used.

図13に示されるように、アミノ基を導入していないグラッシーカーボン電極の場合には、次亜塩素酸イオンの還元波Icが0V以下に現れ、酸素の還元波IIcと重なってしまうので高選択的な次亜塩素酸イオンセンサを作製することが極めて困難である。これに対して、アミノ基を導入したグラッシーカーボン電極を用いると、Ag/AgCl基準電極に対して+0.6Vの電位から還元できることがわかる。このため、本実施例のグラッシーカーボン電極によれば、高選択的な次亜塩素酸イオンセンサを作製することができる。   As shown in FIG. 13, in the case of a glassy carbon electrode into which no amino group has been introduced, the reduction wave Ic of hypochlorite ions appears below 0 V and overlaps with the reduction wave IIc of oxygen. It is extremely difficult to produce a typical hypochlorite ion sensor. In contrast, when a glassy carbon electrode into which an amino group is introduced is used, it can be seen that reduction can be performed from a potential of +0.6 V with respect to the Ag / AgCl reference electrode. For this reason, according to the glassy carbon electrode of a present Example, a highly selective hypochlorite ion sensor can be produced.

カルバミン酸アンモニウム水溶液の電解酸化装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the electrolytic oxidation apparatus of the ammonium carbamate aqueous solution. カルバミン酸アンモニウム水溶液の電解酸化を実施した場合の電解酸化電流の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the electrolytic oxidation current at the time of implementing electrolytic oxidation of the ammonium carbamate aqueous solution. グラッシーカーボン電極の表面をX線光電子スペクトロフォトメトリーで測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the surface of the glassy carbon electrode by X-ray photoelectron spectrophotometry. カルバミン酸の窒素原子がグラッシーカーボン電極の表面に共有結合によって導入される機構を示す図である。It is a figure which shows the mechanism in which the nitrogen atom of carbamic acid is introduce | transduced by the covalent bond on the surface of a glassy carbon electrode. グラッシーカーボン電極で行ったカテコールのサイクリックボルタンメトリーの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the cyclic voltammetry of the catechol performed with the glassy carbon electrode. グラッシーカーボン電極を使用した酸素の還元電位の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the reduction potential of oxygen using a glassy carbon electrode. アミノ基の導入を行わないカーボンフェルト電極を使用した酸素の還元電位の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the reduction potential of oxygen using the carbon felt electrode which does not introduce | transduce an amino group. アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたカーボンフェルト電極を使用した酸素の還元電位の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the reduction potential of oxygen using the carbon felt electrode which covalently bonded the amino group to the surface carbon atom. アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたカーボンフェルト電極と白金坦持カーボンフェルト電極の酸素還元電流の比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of the oxygen reduction current of the carbon felt electrode which carried out the covalent bond of the amino group to the surface carbon atom, and a platinum carrying | support carbon felt electrode. アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極を使用した過酸化水素の酸化還元電位の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the oxidation reduction potential of hydrogen peroxide using the glassy carbon electrode which covalently bonded the amino group to the surface carbon atom. アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極を使用した過酸化水素の定電位電解電流測定を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the constant potential electrolysis current measurement of hydrogen peroxide using the glassy carbon electrode which covalently bonded the amino group to the surface carbon atom. カーボンフェルト電極を使用した過酸化水素のサイクリックボルタモグラムを示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram of hydrogen peroxide using a carbon felt electrode. アミノ基を表面の炭素原子に共有結合させたグラッシーカーボン電極を使用した次亜塩素酸イオンの電解還元波の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the electroreduction wave of a hypochlorite ion using the glassy carbon electrode which covalently bonded the amino group to the carbon atom of the surface.

符号の説明Explanation of symbols

10 プラスチック容器、12 作用電極、14 対極、16 基準電極、18 ポテンショスタット、20 スターラー。   10 plastic container, 12 working electrode, 14 counter electrode, 16 reference electrode, 18 potentiostat, 20 stirrer.

Claims (13)

炭素材料の表面に含窒素官能基が共有結合していることを特徴とする電極材料。   An electrode material, wherein a nitrogen-containing functional group is covalently bonded to the surface of a carbon material. 請求項1記載の電極材料において、前記含窒素官能基はアミノ基であることを特徴とする電極材料。   2. The electrode material according to claim 1, wherein the nitrogen-containing functional group is an amino group. 請求項1または請求項2記載の電極材料において、前記炭素材料は、導電性を有する炭素材料であることを特徴とする電極材料。   3. The electrode material according to claim 1, wherein the carbon material is a carbon material having conductivity. 請求項3記載の電極材料において、前記炭素材料は、グラッシーカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンフェルト、プラスチック成型カーボンまたはダイヤモンド電極のいずれかであることを特徴とする電極材料。   4. The electrode material according to claim 3, wherein the carbon material is one of glassy carbon, carbon nanotube, carbon felt, plastic molded carbon, or diamond electrode. カルバミン酸を含む水溶液を炭素電極を使用して電解酸化し、炭素電極の表面に含窒素官能基を共有結合させることを特徴とする電極材料の製造方法。   A method for producing an electrode material, wherein an aqueous solution containing carbamic acid is electrolytically oxidized using a carbon electrode, and a nitrogen-containing functional group is covalently bonded to the surface of the carbon electrode. 請求項5記載の電極材料の製造方法において、前記含窒素官能基はアミノ基であることを特徴とする電極材料の製造方法。   6. The method for producing an electrode material according to claim 5, wherein the nitrogen-containing functional group is an amino group. 請求項5または請求項6記載の電極材料の製造方法において、前記カルバミン酸を含む水溶液は、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウムまたは炭酸水素アンモニウムであることを特徴とする電極材料の製造方法。   7. The method for producing an electrode material according to claim 5, wherein the aqueous solution containing carbamic acid is ammonium carbamate, ammonium carbonate, or ammonium hydrogen carbonate. 請求項1から請求項4のいずれか一項記載の電極材料または請求項5から請求項7のいずれか一項記載の電極材料の製造方法により製造した電極材料を使用したことを特徴とする電気化学センサ。   The electrode material according to any one of claims 1 to 4 or the electrode material produced by the method for producing an electrode material according to any one of claims 5 to 7 is used. Chemical sensor. 請求項1から請求項4のいずれか一項記載の電極材料または請求項5から請求項7のいずれか一項記載の電極材料の製造方法により製造した電極材料を使用したことを特徴とする燃料電池用電極。   A fuel using the electrode material according to any one of claims 1 to 4 or the electrode material produced by the method for producing an electrode material according to any one of claims 5 to 7. Battery electrode. 請求項1から請求項4のいずれか一項記載の電極材料または請求項5から請求項7のいずれか一項記載の電極材料の製造方法により製造した電極材料に貴金属触媒を担持させたことを特徴とする酸素還元触媒電極。   A noble metal catalyst is supported on the electrode material according to any one of claims 1 to 4 or the electrode material produced by the method for producing an electrode material according to any one of claims 5 to 7. A feature of an oxygen reduction catalyst electrode. 請求項10記載の酸素還元触媒電極において、前記貴金属触媒は白金であることを特徴とする酸素還元触媒電極。   The oxygen reduction catalyst electrode according to claim 10, wherein the noble metal catalyst is platinum. 請求項1から請求項4のいずれか一項記載の電極材料または請求項5から請求項7のいずれか一項記載の電極材料の製造方法により製造した電極材料の表面に共有結合した含窒素官能基に、分子認識剤を化学的に固定したことを特徴とするバイオセンサ。   A nitrogen-containing functional group covalently bonded to the surface of the electrode material according to any one of claims 1 to 4 or the electrode material produced by the method for producing an electrode material according to any one of claims 5 to 7. A biosensor characterized by chemically immobilizing a molecular recognition agent on the basis thereof. 請求項12記載のバイオセンサにおいて、前記分子認識剤は、酵素、生体触媒、抗原または抗体であることを特徴とするバイオセンサ。
The biosensor according to claim 12, wherein the molecular recognition agent is an enzyme, a biocatalyst, an antigen, or an antibody.
JP2006191514A 2006-07-12 2006-07-12 Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor Pending JP2008019120A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006191514A JP2008019120A (en) 2006-07-12 2006-07-12 Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006191514A JP2008019120A (en) 2006-07-12 2006-07-12 Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008019120A true JP2008019120A (en) 2008-01-31

Family

ID=39075382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006191514A Pending JP2008019120A (en) 2006-07-12 2006-07-12 Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008019120A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010132476A (en) * 2008-12-02 2010-06-17 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Method for producing conductive carbon nanotube molded article
CN101634038B (en) * 2009-09-01 2011-03-30 南京大学 Glassy carbon electrode (GCE) modified by conductive copolymer carbon nanotube composite, preparation method thereof and method for removing perchlorat from water
JP2012240886A (en) * 2011-05-19 2012-12-10 Shunichi Uchiyama Electrode material containing carbon as base body, fuel cell using the same, electrolytic production method of hydrogen, and method for producing the electrode material containing carbon as base body
WO2013100101A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 学校法人東京理科大学 Electrochemical measurement method and measurement device for measuring chemical oxygen demand or total organic carbon
JP2013157178A (en) * 2012-01-30 2013-08-15 Shunichi Uchiyama Method of manufacturing electrode material whose base substance is carbon and fuel battery using electrode material manufactured by the method
JP2013202430A (en) * 2012-03-27 2013-10-07 Shunichi Uchiyama Oxidation reduction catalyst and fuel cell using the catalyst
JP2015089945A (en) * 2013-11-04 2015-05-11 渡辺 治 Facilities for resource-recycling biotechnical hydrogen production from biomass
JP2016212067A (en) * 2015-05-13 2016-12-15 昭和電工株式会社 Electrochemical measuring electrode, analysis device, and analysis method
CN108351317A (en) * 2015-08-04 2018-07-31 麦克马斯特大学 chlorine sensor based on graphite
WO2018163511A1 (en) * 2017-03-07 2018-09-13 アルプス電気株式会社 Electrode for biological information measurement
JP2020129457A (en) * 2019-02-07 2020-08-27 学校法人智香寺学園 Electrode material including carbon as base substance, and redox flow battery arranged by use thereof
CN114002293A (en) * 2021-11-22 2022-02-01 深圳硅基传感科技有限公司 Analyte monitoring probe

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010132476A (en) * 2008-12-02 2010-06-17 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Method for producing conductive carbon nanotube molded article
CN101634038B (en) * 2009-09-01 2011-03-30 南京大学 Glassy carbon electrode (GCE) modified by conductive copolymer carbon nanotube composite, preparation method thereof and method for removing perchlorat from water
JP2012240886A (en) * 2011-05-19 2012-12-10 Shunichi Uchiyama Electrode material containing carbon as base body, fuel cell using the same, electrolytic production method of hydrogen, and method for producing the electrode material containing carbon as base body
WO2013100101A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 学校法人東京理科大学 Electrochemical measurement method and measurement device for measuring chemical oxygen demand or total organic carbon
JP2013157178A (en) * 2012-01-30 2013-08-15 Shunichi Uchiyama Method of manufacturing electrode material whose base substance is carbon and fuel battery using electrode material manufactured by the method
JP2013202430A (en) * 2012-03-27 2013-10-07 Shunichi Uchiyama Oxidation reduction catalyst and fuel cell using the catalyst
JP2015089945A (en) * 2013-11-04 2015-05-11 渡辺 治 Facilities for resource-recycling biotechnical hydrogen production from biomass
JP2016212067A (en) * 2015-05-13 2016-12-15 昭和電工株式会社 Electrochemical measuring electrode, analysis device, and analysis method
CN108351317A (en) * 2015-08-04 2018-07-31 麦克马斯特大学 chlorine sensor based on graphite
WO2018163511A1 (en) * 2017-03-07 2018-09-13 アルプス電気株式会社 Electrode for biological information measurement
JPWO2018163511A1 (en) * 2017-03-07 2019-11-07 アルプスアルパイン株式会社 Biological information measurement electrode
JP2020129457A (en) * 2019-02-07 2020-08-27 学校法人智香寺学園 Electrode material including carbon as base substance, and redox flow battery arranged by use thereof
CN114002293A (en) * 2021-11-22 2022-02-01 深圳硅基传感科技有限公司 Analyte monitoring probe
CN114002293B (en) * 2021-11-22 2024-01-30 深圳硅基传感科技有限公司 Analyte monitoring probe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008019120A (en) Electrode material, its production method, electrochemical sensor, electrode for fuel cell, oxygen reduction catalyst electrode and biosensor
Christwardana et al. A correlation of results measured by cyclic voltammogram and impedance spectroscopy in glucose oxidase based biocatalysts
Jing-Juan et al. Amperometric glucose sensor based on coimmobilization of glucose oxidase and poly (p-phenylenediamine) at a platinum microdisk electrode
Hua et al. Glucose sensor based on an electrochemical reduced graphene oxide-poly (l-lysine) composite film modified GC electrode
Zhang et al. Single gold nanowire electrodes and single Pt@ Au nanowire electrodes: electrochemistry and applications
Arulraj et al. Polypyrrole with a functionalized multi-walled carbon nanotube hybrid nanocomposite: a new and efficient nitrite sensor
Kamyabi et al. Low potential and non-enzymatic hydrogen peroxide sensor based on copper oxide nanoparticle on activated pencil graphite electrode
Razmi et al. Self‐Assembled Prussian Blue Nanoparticles Based Electrochemical Sensor for High Sensitive Determination of H2O2 in Acidic Media
Šljukić et al. Manganese dioxide graphite composite electrodes formed via a low temperature method: detection of hydrogen peroxide, ascorbic acid and nitrite
Rad et al. Hydrogen peroxide biosensor based on enzymatic modification of electrode using deposited silver nano layer
Rahimi et al. Superoxide radical biosensor based on a nano-composite containing cytochrome c
JP2013202430A (en) Oxidation reduction catalyst and fuel cell using the catalyst
Karim et al. In situ oxygenous functionalization of a graphite electrode for enhanced affinity towards charged species and a reduced graphene oxide mediator
JP2008243490A (en) Electrode material, manufacturing method therefor, electrochemical sensor, and electrode for fuel cell
Ferapontova et al. Bioelectrocatalytical detection of H2O2 with different forms of horseradish peroxidase directly adsorbed at polycrystalline silver and gold
JP5653292B2 (en) Electrode material based on carbon, fuel cell using the same, method for electrolytic production of hydrogen, and method for producing electrode material based on carbon
Zhang et al. Direct electrochemistry of myoglobin on a room temperature ionic liquid modified electrode and its application to nitric oxide biosensing
Wu et al. Improvement of Selectivity and Stability of Amperometric Detection of Hydrogen Peroxide Using Prussian Blue‐PAMAM Supramolecular Complex Membrane as a Catalytic Layer
Xu et al. Low‐Potential Detection of Glucose with a Biosensor Based on the Immobilization of Glucose Oxidase on Polymer/Manganese Oxide Layered Nanocomposite
Qu et al. Application of Multi‐walled Carbon Nanotube Modified Carbon Ionic Liquid Electrode for the Voltammetric Detection of Dopamine
Ji et al. A stable and controllable Prussian blue layer electrodeposited on self-assembled monolayers for constructing highly sensitive glucose biosensor
Ge et al. Fabricating and imaging carbon-fiber immobilized enzyme ultramicroelectrodes with scanning electrochemical microscopy
Watanabe et al. Oxygen and hydrogen peroxide reduction catalyses in neutral aqueous media using copper ion loaded glassy carbon electrode electrolyzed in ammonium carbamate solution
Yang et al. Highly ordered gold-nanotube films for flow-injection amperometric glucose biosensors
JP5545893B2 (en) Method for producing carbon-based electrode material and fuel cell using electrode material produced thereby

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20071127

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071127

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20071127