2020 年度研究成果報告書

セルロースの電気化学的酸化分解反応の精密解析及びエネルギー変換デバイスへの展開

研究課題

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研究課題/領域番号	19K15675
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関	信州大学
研究代表者	影島洋介信州大学, 工学部, 助教 (20821846)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード	電極触媒 / 光電極 / 対流ボルタンメトリー / 燃料電池 / セルロース / バイオマス
研究成果の概要	強塩基水溶液中に溶解したセルロースの電気化学的酸化反応に関与する反応メカニズムを、対流ボルタンメトリー及び生成物分析によって評価した。様々な金属種の固有の触媒活性に関しても個別に評価した。白金を堆積させたニッケルフォーム電極から成る燃料電池は、常温常圧下においても、セルロースを直接燃料として利用した発電が可能であることが明らかとなった。加えて、固相セルロースまたは液相中セルロースを、TiO2光アノードから成る光燃料電池の燃料として利用可能であることも見出した。光燃料電池は、光のエネルギーを利用している分、光を用いない系に比べて発電特性を大幅に向上可能であることが示された。
自由記述の分野	電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	セルロースがほとんどの溶媒に不溶であることに加え、反応物の分子サイズが大きくなるほど反応の素過程が複雑化するため、これまでセルロースの電気化学的酸化反応のメカニズム(電位依存等)は明らかになっていなかった。対流ボルタンメトリー等の電気化学的手法を駆使することで、高分子であるセルロースの複雑な酸化反応の電位依存性を初めて報告した。セルロースは廃棄物性バイオマスの大部分を占める。従って、改質プロセス不要でオンサイトでの廃棄物系バイオマスからの直接エネルギー利用が可能となれば、バイオマス資源の有効利用や環境浄化に寄与すると期待できる。