2018 Fiscal Year Research-status Report

セルロースナノファイバー集積体を反応場とする光水素生産システムの開発

Research Project

Project/Area Number	17KT0146
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	近藤政晴名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20571219)
Project Period (FY)	2017-07-18 – 2020-03-31
Keywords	セルロースナノファイバー / 光水素生産 / 触媒 / 透明基材
Outline of Annual Research Achievements	近年、木材をナノレベルまでほぐしたセルロース繊維（セルロースナノファイバー）は、その特徴的な物性から様々な分野で応用されつつある。例えば、鉄よりも軽く5倍の強さを示すことから構造材料への利用、高い透過率を示すことから光学材料への利用、高い遮断性によるガスバリアフィルムへの利用などが進められている。新しく発見、開発された農資源であるセルロースナノファイバーの利用を進めることは、次世代の農資源利用に大きく貢献できる。そこで、本研究では、光水素生産反応に関連した触媒分子群をセルロースナノファイバーへ吸着させた後に、セルロースナノファイバーを集積化、透明基材を作成し、電子供与体を含む水溶液中での光水素生産システムの構築を行なう。平成30年度では、TEMPO酸化されたセルロースナノファイバーを触媒分子群の吸着特性評価と基材化の方法、光水素生産システムの評価を行なった。TEMPO酸化されたセルロースナノファイバーは、カルボキシ基を有するため、正電荷を示す触媒分子が良く吸着したため、正電荷をもつ利用可能な触媒分子の選定をすすめた。また、水素生産触媒である白金ナノ粒子を担持させたセルロースナノファイバーの調製を行った。複数の触媒を担持させたセルロースナノファイバーを基材化し、電子供与体を含む水溶液に浸け、大気下、光照射をすることで生産された水素をガスクロマトグラフィーで確認した。発生した水素量は、反応系内に含まれる光増感剤の金属錯体よりも少ないため、光増感剤を基準にした触媒回転数では、１に満たない。次の段階として、光水素生産反応に関連した触媒分子群をセルロースナノファイバーに吸着させる分子数、配置、順番、基材化の方法などを検討して、水素生産反応の効率上昇を目指す。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason TEMPO酸化されたセルロースナノファイバーへの触媒分子群の吸着特性評価と透明基材化が進んでいるため、利用可能な触媒分子の選定がすすめることができた。また、電子供与体を含む水溶液系で、大気下での光水素発生を確認したことから、おおむね順調に研究は進展していると考えられる。
Strategy for Future Research Activity	大気下での光水素生産が確認されたが、光増感剤を基準にした触媒回転数では、１に満たない。光水素生産反応に関連した触媒分子群をセルロースナノファイバーに吸着させる分子数、配置、順番、基材化の方法などを検討して、水素生産反応の効率上昇を目指す。セルロースナノファイバーの分子配向に関して、既に水素生産反応が確認された触媒を担持させたセルロースナノファイバーの基材を走査型電子顕微鏡(SEM)で表面観察を行なったところ、セルロースナノファイバーの構造が一切見られなかったので、基材を薄く切断し透過型電子顕微鏡TEM観察もしくは、基材にする前段階、触媒分子がセルロースナノファイバーに担持された状態をTEM観察することで、セルロースナノファイバーの配向の確認作業を進める。
Causes of Carryover	TEMPO酸化されたセルロースナノファイバーを購入する予算を計上していただが、企業から試料を無償で提供を受けることができたため、試薬購入費が抑えられ、次年度使用額が生じた。使用計画としては、光水素生産反応に関連した触媒分子を調製する試薬と基材したセルロースナノファイバーの分子配向の評価手段である透過型電子顕微鏡TEM観察の分析費用として利用する。