2017 Fiscal Year Annual Research Report
Carbon material (cone-shaped graphitic whisker) generated in plant cell which works as microtube reactor
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15H04525
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
斎藤 幸恵 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (30301120)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 継之 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (90533993)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 木質バイオマス / カーボン材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
木材にSiCを添加し2000℃以上に加熱して炭素化する過程で、細胞壁内腔に円錐黒鉛ウイスカ（Cone-shaped graphitic whisker, CGW）が生成する。CGWは、炭素六角網平面が連続してらせん円錐状に積層した、径数μm、長さ10～100μmの針状の炭素物質である。そのユニークな構造から特徴ある物理・機械的性質が推測されるが、吸着や電気化学挙動などの物性測定に必要な、純度と量を満たす生産方法を確立することが求められる。
これまで経験的に、木材を原料として用いるとCGWは比較的容易に得られることがわかっている。その原因として、木質細胞が数µm程度の細胞壁で仕切られた空間をなし、炭化時に発生する熱分解ガスを留めて、結晶性炭素が化学的気相成長する反応場（マイクロリアクター）として機能するためと考えられる。このマイクロリアクター機構について検討するためのモデルとして、孔径や膜厚を人為的にコントロールできる可能性のある氷晶成長モノリス構造体に着目した。キトサンを用いたモノリス構造体の調製を試み、さらに、モノリス構造体をマイクロリアクターとしたCGWの製造を試みた。
キトサン酢酸水溶液を急冷して氷晶を成長させてモノリス構造体を調製した。他の素材によるモノリス製造に関して既往文献では、モノリス調製時の凍結速度がモノリス孔径に、用いた溶液の濃度が隔壁の膜厚に影響することが報告されている。キトサンモノリスにおいても同様の現象を確認した。キトサンモノリス構造体は不融化等の処理を加えずそのまま炭化しても、細胞構造を維持していた。キトサンモノリス炭化物にSiCを添加して2000℃で加熱することで、木材を原料とした場合と同様にCGWを形成させることに成功した。得られたCGWの収率・形状と、キトサンモノリスの細胞構造特性との相関について解析中である。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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