活性酸素駆動による自己再生型ディーゼル・パティキュレート・マターセンサ

• 研究課題/領域番号: 17H01895
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境負荷低減
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 日比野 高士 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10238321)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: パティキュレートマター / センシング / 排ガス浄化 / 環境浄化 / 環境分析 / 触媒プロセス / エネルギー / 環境技術 / 触媒・化学プロセス

研究成果の概要

本技術は小型サイズの全固体センサをディーゼル車の排気マニホールドに設置し、排ガス中のPM濃度をその場で瞬時に測定するものである。具体的には、プロトン導電性電解質と電極触媒から成る電気化学デバイスを使用し、①排ガス中で活性酸素を電気化学的に生成する、②活性酸素とPMを100％の効率で反応させる、③②の過程で大きな電気信号を発生する、といったプロセスで作動する。これによって、センサ自体が自己再生能力を持つため、これまで報告されているセンサでは不可能であったPMの連続モニタリングが可能になる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

活性酸素を in-situ で生成し、積極的に活用する化学センサの開発は革新的であり、しかも検知極に自己浄化能力を付与する技術はこれまでにない発想である。それ故、その他の PM センサと異なり、被検物をリアルタイムで連続的にモニタすることが可能になった（独創的な点）。ディーゼル車は大型車を中心に普及しており、PM センサは排ガス制御システムに不可欠な部品である（経済的意義）。しかも、PM が人体に与える影響は大であるので、そのような PM を完全に除去できれば、大気・都市環境の改善にも貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] 中国海洋大学(中国)
• [国際共同研究] 中国海洋大学(中国)
• [雑誌論文] Solid oxide fuel cell using municipal solid waste directly as fuel: biomass, resin, plastic, and food waste (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Shinya Teranishi, Takuma Hitomi
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 9 号: 8 ページ: 3124-3136
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c07657
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ionic conductive and photocatalytic properties of cementitious materials: calcium silicate hydrate and calcium aluminoferrite (2020)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Yongcheng Jin, Ippei Maruyama, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 8 号: 30 ページ: 15157-15166
  • DOI: 10.1039/d0ta04866f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fuel cell and electrolyzer using plastic waste directly as fuel (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Hori, Kazuyo Kobayashi, Shinya Teranishi, Masahiro Nagao, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Waste Management 巻: 102 ページ: 30-39
  • DOI: 10.1016/j.wasman.2019.10.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A cellulose electrolysis cell with metal-free carbon electrodes (2020)
  • 著者名/発表者名: Yaorong Li, Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Yongcheng Jin, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 10 号: 1 ページ: 106-106
  • DOI: 10.3390/catal10010106
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Humidity driven transition from insulator to ionic conductor in Portland cement (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Tetsuya Hori, Yaorong Li, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Materials 巻: 12 号: 22 ページ: 3701-3701
  • DOI: 10.3390/ma12223701
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electrolysis of humidified methane to hydrogen and carbon dioxide at low temperatures and voltages (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Hori, Qiang Ma, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Shinya Teranishi, Takashi Hibino
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 44 号: 5 ページ: 2454-2460
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Hydrogen Production by Direct Electrolysis of Waste Biomass at Intermediate Temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masaya Ito, Qiang Ma, Masahiro Nagao, Mai Fukui, Shinya Teranishi
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 6 号: 7 ページ: 9360-9368
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.8b01701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct electrolysis of waste newspaper for sustainable hydrogen production: an oxygen-functionalized porous carbon anode (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masaya Ito, Masahiro Nagao, Mai Fukui, Shinya Teranishi
  • 雑誌名: Applied Catalysis B : Environmental 巻: 231 ページ: 191-199
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.03.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermediate-temperature electrolysis of energy grass Miscanthus sinensis for sustainable hydrogen production (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaya Ito, Tetsuya Hori, Shinya Teranishi, Masahiro Nagao, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 16186-16186
  • DOI: 10.1038/s41598-018-34544-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NOx sensing characteristics of semiconductor gas sensors under controlled oxygen activity conditions using a proton-conducting electrolyte (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Peiling Lv, Shinya Teranishi, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 164 号: 9 ページ: B397-B402
  • DOI: 10.1149/2.0361709jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen production by direct Lignin electrolysis at intermediate temperatures (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Shinya Teranishi
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 4 号: 9 ページ: 3032-3036
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170163
  • NAID: 130006077916
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen production by direct Lignin electrolysis at intermediate temperatures (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Shinya Teranishi
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: ４ 号: 12 ページ: 3032-3036
  • DOI: 10.1002/celc.201700917
  • 査読あり
• [学会発表] Direct conversion of plastic wastes into electricity in an intermediate-temperature fuel cell (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Hori, Shiya Teranishi, Masahiro Nagao, Takashi Hibino
  • 学会等名: APCChE 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 廃棄プラスチックを直接使用した燃料電池発電 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀 哲也，伊藤雅哉，寺西真哉，長尾征洋，日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第86回大会
• [学会発表] 廃棄バイオマスの直接電解による水素生成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺西真哉，堀 哲也，伊藤雅哉，長尾征洋，日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第86回大会
• [学会発表] 草本およびその構成成分の直接電解による水素生成と電気化学特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤雅哉，堀 哲也，寺西真哉，長尾征洋，日比野高士
  • 学会等名: 第49回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] バイオマスの電解による水素生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長尾征洋、伊藤雅哉、呂佩玲、小林和代、福井舞、日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第85回大会
• [学会発表] Direct biomass fuel cell using wood sawdust and pulp as fuels at intermediate temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Peiling Lv, Shinya Teranishi, Toshiyuki Mori
  • 学会等名: IUMRS-LCAM2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical Reaction of Nano-Carbons for PM Monitoring in Diesel Engine Exhaust (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaya Ito, Peiling Lv, Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Yanbai Shen, Takashi Hibino
  • 学会等名: ICMaSS2017