Is direct control of redox reaction possible? -Exploration of possibilities and limitations-

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02297
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 大西 健夫 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (70391638)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 貴司 岐阜大学, 工学部, 教授 (00223157) ; 中村 公人 京都大学, 農学研究科, 教授 (30293921) ; 平松 研 岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (90271014)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 酸化還元反応 / 印加 / モデル化 / イオン分布

Outline of Annual Research Achievements

2021年度には、これまでに実施をしてきた実験により得られた測定データを再現することを目的として、土壌中の物質動態モデルの構築を行った。また、あわせて、実験室レベルで得られた結果を圃場レベルへ拡張するための圃場実験を実施し、この実験結果のモデルによる再現も試みた。モデル化は、土壌中の水・物質移動を取り扱うHydrus1Dと化学反応を扱うPHREEQ-Cを組み合わせたHydrus-HP1を用いた。このHydrus-HP1を用いたモデル化にあたっては、化学反応における電子移動も陽に扱うことができるため、土壌中の電子移動を直接的に取り扱うことができる。すわなち、Ehの直接的再現も原理的には可能であり、酸化還元電位の測定値との比較検討を行うことができる。さらに、印加による電子への作用を表現するために、印加電圧に応じて強制的に電子濃度を増減させるようなプログラムコードを付加してモデル改良を行った。その結果、小規模なカラム実験で得られた結果の再現性はおおむね良好な結果が得られたものの、他方では解決しなければならない課題がみつかった。すわなち、印加による電子の移動のみならずその他の陰イオン・陽イオン等の移動もカラム中で発生し、印加によるイオン分布は極めて複雑であるという点が最大の課題である。また、局所的なイオン分布の再現は限定的には可能であっても、空間的な広がりをもち、圃場スケールになると、その再現性は極めて悪くなる。結果として、本研究では、部分的に酸化還元反応のモデル化には成功したものの印加による現象は予想以上に複雑であり、酸化還元電位を直接的に制御することは現時点では難しいということがわかった。より一層の現象の理解が求められるといえる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。