課題番号 ：S-20-OS-0063　
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：バイオナノファイバー由来炭素材料のデバイス応用に向けた構造解析　
Program Title (English) ：Structural Analysis of Bionanofiber-Derived Carbon Materials for
Device Applications
利用者名（日本語） ：森下哲孝、朱陸亭、古賀大尚
Username (English) ：Y. Morishita, L. Zhu, H. Koga
所属名（日本語） ：大阪大学産業科学研究所
Affiliation (English) ：The Institute of Scientific and Industrial Research、Osaka University

１．概要（Summary ）
我々は、持続可能資源である樹木由来のセルロースナノファイバーやカニ殻由来のキチンナノファイバーの最大活用を目指し、これらバイオナノファイバーの機能開拓に取り組んでいる。セルロースやキチンは元々電気絶縁体であるが、これまでに、段階的に炭化することによって、半導体さらには準導体的な電気特性を発現させることに成功した。
本研究では、これらバイオナノファイバーの炭化による電気特性遷移メカニズムの理解、および、デバイス応用に向け、X線回折装置とレーザーラマン顕微鏡を用いた構造解析を行った。

２．実験（Experimental）
【利用した主な装置】
S04薄膜X線回折装置，S19レーザーラマン顕微鏡
【実験方法】
セルロースまたはキチンナノファイバーを窒素雰囲気下・300～1100℃で1時間炭化処理を施した。それらの炭化サンプルについて、X線回折装置およびレーザーラマン顕微鏡による構造解析を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
　これらバイオナノファイバーを300～1100℃で段階的に炭化処理すると、絶縁性バイオナノファイバー内部で微小な導電性グラフェンフラグメントが徐々に成長することによって（幅 約1.8-3.0 nm、厚み 約0.8-1.4 nm）、その電気特性が幅広く、かつ、段階的に遷移していることが判明した。また、得られた炭化バイオナノファイバーが光センサやスーパーキャパシタ電極として有用であることを見出した。さらに、太陽光-熱変換機能の開拓にも成功した。

４．その他・特記事項（Others）
本研究の一部は、「物質・デバイス領域共同研究拠点：人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンスにおける共同研究「COREラボ」」、日本学術振興会・科学研究費助成事業・基盤研究（B）（No. 18H02256）、挑戦的研究（萌芽）（No. 20K21334）、特別研究員奨励費（No. 20J11624）、および、2020年日本国際賞平成記念研究助成の支援を受けました。この場をお借りして深く感謝申し上げます。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Luting Zhu, Yintong Huang, Yoshitaka Morishita, Kojiro Uetani, Masaya Nogi, Hirotaka Koga*, Pyrolyzed Chitin Nanofiber Paper as a Three-Dimensional Porous and Defective Nanocarbon for Photosensing and Energy Storage, Journal of Materials Chemistry C, in press (2021). DOI: 10.1039/D0TC05799A
(2) 古賀大尚、ナノセルロース半導体の創出と機能開拓、アライアンス合同ウェブ分科会、web開催、2020年11月27日
(3) 森下哲孝、上谷幸治郎、能木雅也、古賀大尚、炭化ナノセルロースペーパーの光熱変換機能開拓、第71回日本木材学会年次大会、web開催、2021年3月21日

６．関連特許（Patent）
なし。