Structural and functional design of bionanofiber-derived 3D nanoporous carbons for photothermal conversion

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21334
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Koga Hirotaka 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (30634539)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / キチンナノファイバー / ナノポーラス構造 / 炭化 / 半炭化 / ナノカーボン / 光熱変換 / ヨウ素

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated carbonization of wood-derived cellulose nanofibers and crab shell-derived chitin nanofibers to develop the 3D nanocarbons toward solar-thermal conversion, which has attracted much attention for absorbing solar light and converting it into thermal energy. As a result, we found that nanoscale porous structures derived from the layered nanofiber networks as well as highly defective carbon molecular structures derived from semi-carbonization are beneficial for solar-thermal conversion.

Free Research Field

バイオナノ材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、太陽光を熱エネルギーに変換して利用するための光熱変換材料に注目が集まっている。特にグラフェンやカーボンナノチューブのようなナノカーボン材料は、太陽光波長に適した幅広い光吸収帯を持つため有望視されている。しかし、光熱変換機能のさらなる向上が希求されている。本研究は、持続生産可能なバイオナノファイバーを原料に用いて新規ナノカーボンの調製・構造設計を行い、最先端ナノカーボンと比べても優れた光熱変換機能を達成したものである。再生可能な太陽光エネルギーの有効活用、および、持続生産可能なナノカーボン材料としてのさらなる機能開拓に繋がる意義の大きな研究成果と言える。