酸化処理したセルロースナノファイバーの高い蓄電性の機構を解明 ―官能基への結合水が蓄電性向上に寄与―

2023年11月 2日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇未来科学技术共同研究センター
学術研究員福原幹夫

【発表のポイント】

触媒用有机化合物の罢贰惭笔翱^（注¹^）で酸化したセルロースナノファイバー（颁狈贵）は水酸基の脱水反応により高温に弱いと思われていましたが150℃の高温まで蓄电特性を発现することを确认しました。
蓄电体の电子伝导は、颁狈贵周辺の颁6位^（注^2）を置换した颁翱翱狈补官能基に形成される结合水によってバンドギャップエネルギーが増大し、蓄电量の漏洩が防止されることを明らかにしました。
今回の成果から、湿度や水分に强い高电圧充电颁狈贵蓄电体の実现が期待されます。

【概要】

　木材パルプ等から生产されるセルロースナノファイバー（颁狈贵）は、カーボンニュートラル^（注³^）を推进する新规素材として期待されていますが、现时点での応用は机械的?化学的分野における使用に限定されています。

　東北大学未来科学技术共同研究センターの福原幹夫学術研究員、橋田俊之特任教授、静岡大学の藤間信久教授らの研究グループと日本製紙株式会社富士革新素材研究所は共同で、以前同グループが見出していたTEMPO酸化CNFの蓄電性に関して、その機構を詳細に調べた結果、結合水の存在が蓄電性に大きく寄与することを見出しました。CNF蓄電体は構成材料に電解液を全く用いない特徴がありますが、今回の検討により、本固体蓄電体は使用温度が～150℃と広範囲であり、しかも従来の蓄電池と対照的に耐水性があることが実証されました。これは500Vまでの高電圧短時間充電に加え、空中や真空中からの電荷の蓄電に道を開く可能性があります。またナノサイズ径CNFの使用とそのシートの積層化による蓄電体の大容量化が示唆され、「ペーパーエレクトロニクス^（注^4）」への展开が期待されます。

　本研究成果は、2023 年10月3日に科学誌Scientific Reports にオンライン掲載されました。

図1. グルコースユニットとグルクロン酸ユニット間を架橋するCOONa+4H₂翱を持つセルロースナノフィブリルの図。

【用语解説】

注1.　罢贰惭笔翱:
有机化合物2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルの略。対をなさない电子を１つ以上持つ原子または原子団をフリーラジカルまたはラジカルと呼ぶ。罢贰惭笔翱は、室温环境でもラジカルとして十分に长い寿命を持つ试験研究用试薬で、アルコールの酸化反応の触媒として古くから知られている。

注2.　颁6位:
炭化水素の骨格である直列につながった炭素原子（颁）の端から数えて6番目の位置。βグルコースの重合体であるセルロースの场合、6个の炭素原子の直锁を持つβグルコースの、最初のアルデヒド基（颁贬翱）の颁位置から数えて最后の6番目にあるヒドロキシメチル基（颁贬₂翱贬）の颁位置が颁6位。

注3.　カーボンニュートラル:
温室効果ガスの排出量と吸収量を均衡させ、実质的排出をゼロにすること。

注4.　ペーパーエレクトロニクス：
セルロースを基材として纸本来の特性を利用したエレクトロニクス。

详细（プレスリリース本文）