Hirosaki University Repository for Academic Resources

弘前大学博士（保健学）掲載誌：弘前医学, 70:109-118, 202

福田, 敦美

細則様式第１－２号 
学位請求論文の内容の要旨 
領 域 健康科学支援領域 分 野 老年保健学分野 
氏 名 福田 敦美 
（論文題目） 
高齢者の姿勢改善に対する介入研究と姿勢アライメントへの関連因子について 
主 査 尾田 敦 
副 査 若山 佐一 
副 査 中村 敏也 
副 査 對馬 栄輝 
Ⅰ．地域在住高齢者の姿勢アライメント，身体機能，身体パフォーマンス，自己効力感， 
QOLに対する背部筋強化エクササイズの効果：準ランダム化比較試験 
目的：加齢に関連する脊柱後弯姿勢に対して，背部筋強化を含む多様なエクササイズに
よる改善効果が報告されているが，背部筋強化だけの効果については十分に検討されて
いない．6か月間の背部筋強化エクササイズを行うことで，コントロール群と比べて姿勢
アライメントが改善するか，脊柱後弯の関連因子が変化するかを調査した．  
方法：対象者29名を準ランダム割り付けで，背部筋強化を行う介入群14名と，全身運動
を行うコントロール群15名に分類した．週1回以上の理学療法士の指導のもと20－30分間
のエクササイズを6か月間実施し，できるだけ毎日、ホームエクササイズも行うよう指示
した．介入開始時，介入3か月後，介入6ヵ月後に，”usual” 姿勢（いつもどおりにリラッ
クスした立位姿勢），”best”姿勢（できる限り背部を伸ばした立位姿勢）での姿勢アライ
メント（胸椎後弯角，腰椎前弯角，仙骨傾斜角，全体傾斜角，頭部位置，膝屈曲角度），
ならびに身体機能，身体パフォーマンス，自己効力感，健康関連QOL（以下，HQOL）
に関する評価を行い，全測定変数における2要因（群，期間）の差を比較した． 
結果： エクササイズを適切に完了した16名を解析対象とした結果では，両群ともに “best” 
姿勢での膝屈曲角度，身体機能（片脚立位保持時間を除く）や身体パフォーマンスの変
数において，介入3か月後以降の有意な改善を認めた（p<0.05）．その後の検定で介入前
後の差を効果量で確認すると，効果量が大きい変数は群間で異なっていた． 
結論：背部筋強化は身体機能や身体パフォーマンスを向上させるが，姿勢アライメント
を改善するとはいえなかった．その後の検定では両群での姿勢アライメントの変化に違
いがあり，姿勢アライメントへの各エクササイズ効果は異なる可能性も示された． 
 
【細則様式第１－２号続き】 
Ⅱ．研究Ⅰ対象者における運動行動を規定する要因，および運動行動が身体パフォー 
マンスとQOLに及ぼす影響 
目的：研究Ⅰの介入終了時にホームエクササイズの実施状況を確認し，その運動行動
に対して心理社会的因子，身体的因子，その他の背景因子がどのように影響している
か，そして，研究Ⅰでの身体パフォーマンスやHQOLの変化量に対して運動行動がど
のように影響したかについて明らかにすることを目的とした． 
方法：25名を対象に，運動行動（運動頻度，時間），心理的変数（セルフエフィカシ
ー），社会的変数（ソーシャルサポート），身体的変数（体の痛み）のほか，背景因
子として認知機能，要介護度，家族構成，理学療法歴を調査し，身体パフォーマンス，
生活関連動作，活動範囲，HQOLを評価した．①運動行動に対する身体・心理社会的
因子などの背景因子の影響について，②身体パフォーマンスとHQOLの変化量に対す
る運動行動や生活関連動作，活動範囲の影響について，ステップワイズによる重回帰
分析で解析した． 
結果：運動行動を規定する因子には，セルフエフィカシーと認知機能が影響しており，
セルフエフィカシーにはソーシャルサポートと理学療法歴が影響していた．そして，
身体パフォーマンスの変化量には，運動行動の影響が有意にみられた（p<0.05）． 
結論：運動行動の継続には，対象者を取り巻く家族や友人のほか，専門職によって提
供されるサポートが重要であることが示された。また周囲のサポートによって，セル
フエフィカシーが向上すると，運動の継続に結びつく可能性がみられた． 
 
Ⅲ．地域在住高齢者の姿勢アライメントに対する体幹ROMと背筋力の関連 
目的：地域在住高齢者の姿勢アライメントに対する体幹の可動域（以下，ROM）と背
部筋力の関係を明らかにすることである． 
方法：対象者52名に対して，矢状面での姿勢アライメント（胸椎後弯角，腰椎前弯角，
仙骨傾斜角，全体傾斜角，膝屈曲角度），体幹ROM，背部筋力を測定した．姿勢アラ
イメントの各変数，および姿勢アライメントの変数群に対する体幹ROMと背部筋力の
影響について，ステップワイズによる重回帰分析，および正準相関分析で解析した． 
結果：年齢，body mass index（以下，BMI），下肢筋力を調整した結果，仙骨傾斜角を
除く姿勢アライメントの各変数には，胸腰椎ROMが影響した（p<0.05）．胸椎後弯角，
腰椎前弯角，全体傾斜角，膝屈曲角度の変数群に対して，腰椎屈曲ROM，BMI，年齢，
SS-5の順に影響度が高く（r=0.76, p<0.01），胸椎後弯角，腰椎前弯角，仙骨傾斜角の
変数群に対しては，胸椎屈曲ROM，胸椎伸展ROM，腰椎伸展ROM，仙骨伸展ROMの
順で高く影響していた（r=0.70, p<0.05）． 
結論：姿勢アライメントに対して体幹ROMの関連がみられたが，背部筋力は関連して
いるとはいえなかった．母集団によっては，背部筋力と関連しない可能性がある． 
【細則様式第１－２号続き】 
 
学位論文のもととなる研究成果としての筆頭著者原著 
 
論 文 題 目 
Relationship between trunk range of motion and back extensor strength 
 for postural alignment in community-dwelling older adults 
著 者 名 Atsumi Fukuda 
掲載学術誌名 弘前医学 
巻，号，項 70巻，2-4号，109－118 
掲載年月日 2020年 3月予定 
 
 
学位論文のもととなる研究成果としての筆頭著者原著 
 
論 文 題 目 
Effects of back extensor strengthening exercises on postural alignment, 
physical function and performance, self-efficacy, and quality of life 
 in Japanese community-dwelling older adults: a controlled clinical trial 
著 者 名 Atsumi Fukuda 
掲載学術誌名 Physical Therapy Research 
巻，号，項  
掲載年月日 未定 
 


Japanese

地域在住高齢者の姿勢改善に対する介入研究と姿勢アライメントへの関連因子について

弘前大学博士（医学）掲載誌： Arthroscopy, 36, 1390-1395, 202

坂本, 祐希子

English

Patellofemoral Contact Pressure for Medial Patellofemoral Ligament Reconstruction Using Suture Tape Varies With the Knee Flexion Angle: A Biomechanical Evaluation

Xie, Zhengkun

- 1 - 
 
様式第２号（第５条，第１１条関係） 
「課程博士用」 
 
学 位 論 文 の 要 旨 
専    攻 安全システム工学  専攻 
ふりがな 
氏  名 
シェ ジェンクン 
 XIE  ZHENGKUN    
学位論文題目 
Novel electrolyte formulations for lithium metal batteries 
(リチウム金属電池用新規電解質の開発)  
学位論文要旨 
Rechargeable lithium-metal batteries (LMBs) have been recognized as one of attractive energy 
storage devices since Li metal has an ultrahigh specific capacity as well as an ultralow standard 
negative electrochemical potential. However, due to the high reactivity of Li metal, Li dendrites 
are always generated to shorten the cycle life of LMBs, which impedes the widespread 
deployment of high-energy density LMBs. Recently, tremendous efforts including the 
applications of artificial current collector, anode coating layers, host matrix, solid-state 
electrolytes, concentrated electrolytes, electrolyte additives, and so on, have been devoted to the 
protection of Li metal anode to extend the cycle life of LMBs. Among all of those strategies, 
owing to the low cost and easy processing, the novel electrolyte formulations are considered as 
the most promising way to simply but effectively improve the performance of LMBs. In this 
dissertation, some novel electrolyte formulations, i.e., quasi-solid-state electrolyte, solid-state 
electrolyte, practical liquid electrolyte were developed for the high-energy density LMBs. The 
effects of various electrolytes on inducing a robust electrode/electrolyte interface, decreasing the 
parasitic reactions between metallic Li and electrolytes, suppressing the growth of Li dendrites, 
and prolonging the cycle life of LMBs were elucidated. These electrolyte formulations with broad 
compatibility could be considered as the candidates for the next-generation LMBs designs. The 
main progress can be briefly summarized as follows: 
Firstly, a flexible poly-(ethylene oxide) (PEO)-lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 
(LiTFSI) polymer electrolyte assisted with a bifunctional ionic liquid (IL) of 
tetrabutylphosphonium 2-hydroxypyridine (TBPHP) as well as a fast-ion conducting ceramic of 
Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO) was fabricated and applied for the LMBs. It is found that the TBP
+ 
cation and HP- anion of IL effectively tuned the crystallinity of PEO and enhanced lithium ion 
transference, respectively, and the TBPHP and LLZTO played a synergistic role in improving the 
performance of electrolyte. Meanwhile, the density functional theory (DFT) study was performed 
to understand the interaction between TBPHP and LiTFSI. As a result, the obtained electrolyte 
possessed a high ionic conductivity of 9.39 × 10−4 S·cm−1 at 50 °C and a wide electrochemical 
stability window (more than 5 V) with significantly promoted uniform Li plating/stripping 
properties. The LMBs assembled with this quasi-solid-state electrolyte and LiFePO4 cathode 
rendered excellent cycling stability with a high discharge capacity above 150 mAh·g−1 even after 
100 cycles at 0.2 C and 50 °C. Besides, the fabricated flexible pouch cell showed excellent 
performance. Such a polymer composite could be a promising electrolyte for the next generation 
of LMBs.  
  
- 2 - 
 
 
Figure 1 (A) Schematic diagram of solid-state and (B) liquid electrolyte formulations for LMBs. 
Secondly, in order to develop a solid-state electrolyte with lower operating temperature and 
faster ion conductivity for LMBs, a flexible and stable composite polymer electrolyte (CPE) 
composed of  poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP)-LLZTO sandwiched 
by PEO-LiTFSI polymer skin layers in two sides (denoted as sandwich-type CPE) was fabricated 
and displayed in Figure 1A. In such a CPE membrane, the PEO-LiTFSI layers not only 
ameliorated the ion conductivity of PVDF-HFP-LLZTO, but also improved the intimate contact 
with the electrodes. Meanwhile, the crystallinity of PEO and PVDF-HFP polymer was 
significantly reduced owing to the cross-linking of them so that the obtained CPE membrane had 
faster Li+ ions transportation ability. Assembled with this sandwich-type CPE, the all-solid-state 
LiFePO4|Li-metal battery exhibited excellent rate performance and cycle stability with a discharge 
capacity of 120.01 mAh g-1 even after 300 cycles at 40 °C, also, other two all-solid-state 
LiCoO2|Li-metal and LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2|Li-metal batteries showed high voltage stability along 
with the satisfied energy density as well as excellent cycle performance. Moreover, the fabricated 
flexible pouch cell also exhibited outstanding performance, indicating its feasibility for the next 
generation of flexible LMBs.  
Thirdly, to achieve good compatibility in the practical applications of LMBs, a novel 
electrolyte additive, 2-Fluoropyridine (2-FP), was applied to enhance the stablity of commercial 
liquid electrolytes and effectively improve the performance of LMBs. The 2-FP additive was 
found to play a critical role in the decrease of Li nucleation/deposition overpotential, and finally 
supressing the Li-dendrites (Figure 1B). As a result, the LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathode (1.5 mAh 
cm-2)|Li metal cell using the LiPF6 electrolyte with 2% of 2-FP additive exhibited a stable 
capacity retention of 67.6% even after 300-cycle test with a coulombic efficiency as high as 
99.89 % at 0.75 mA cm-2. Meanwhile, in the case using another LiTFSI electrolyte with it, the 
LiFePO4 cathode (1.5 mAh cm
-2)|Li cell also maintained long-term stability even at 1.5 mA cm-2. 
The surface analysis and DFT calculations verified that the stabilization effect by introduction of 
this additive was resulted from the formation of a robust and stable solid electrolyte interphase 
(SEI), in which the LiF and Li3N components could play a synergistic role in the improvement of 
SEI layer performance. Such a fluoropyridine molecule with good compatibility in the LMBs is 
expected to be a promising electrolyte additive for the next generation of LMBs. 
 
注）和文 2,000字以内又は英文 800語以内                 続紙 有□ 無■ 
A                                 B 
0 50 100 150 200 250 300
S
p
ec
if
ic
 C
a
p
a
ci
ty
 (
m
A
h
 g
-1
)
Cycle number (n)
 Li metal | Sandwich-type CPE| LiFePO4
C
o
u
lo
m
b
ic
 E
ff
ic
ie
n
cy
 (
%
)
147.17 mAh g-1 (1.5 mAh cm-2)
99.02%


Novel electrolyte formulations for lithium metal batteries

武, 志俊

様式第８号（第１８条，第３６条関係） 
 
学位論文審査結果の概要 
氏 名 武  志俊 （ぶ しくん） 
学位論文審査委員氏名 
主査  官 国清 
副査  阿布 里提 
副査  吉田 曉弘 
副査  佐藤 裕之 
副査  長瀬 智行 
論 文 題 目 
Development of solid electrolyte materials for solid-state lithium batteries 
(全固体型リチウム二次電池用電解質材料の開発) 
審査結果の概要（2,000 字以内） 
固体電解質（SE）を用いた全固体リチウムイオン二次電池（SSLB）は、従来の液体電解質型リチ
ウムイオン電池よりも高い安全性、優れた電気化学サイクル特性、長期安定性などの利点があること
から大きな注目を集めており、これまでに酸化物、硫化物、ポリマー、有機無機ハイブリッド電解質
などのさまざまな SE が SSLB 向けに開発されている。しかし、SSLB は未だ商用化されていないのが
現状である。本研究は、SSLB 向けの新規高性能 SE を開発することを目的とし、特にさまざまな添加
剤を用いた固体硫化物電解質と固体高分子電解質の性能向上により、高いイオン伝導度、優れた電気
化学安定性と熱安定性及び高い充放電性性能を有する SE の開発を試みた。また、SE の性能に大きな
影響を与えるイオン伝導のメカニズムと構造の関連性を解明し、より高いイオン伝導率と安定性を有
する SE の開発に向けた新たな可能性を示した。本論文は英語で書かれており全部で 6 章から構成さ
れている。 
第 1 章には、酸化物、硫化物、ポリマー及び有機無機ハイブリッド SE の現状、課題解決に向けた
取組みについてまとめ、本研究の目的と意義を記している。 
第 2 章には、本研究で用いた SE の調製方法、SE の物理化学的特徴及び電気化学特性の評価方法、
得られた SE を用いて組み立てた SSLB の評価方法及び第一原理計算による SE のイオン伝導メカニズ
ムの解明方法などを記している。 
第 3 章には、高エネルギーボールミリングとアニーリングによる SeS2 ドープ Li2S-P2S5（LPS）硫化
物系ガラスセラミック電解質（70Li2S・（30-x）P2S5・xSeS2（x = 0、0.3、0.5、1、3、5））の調製とこ
れを用いて作成した SSLB の性能評価について記した。電解質の構造、イオン伝導率及び電気化学的
安定性の調査及び第一原理計算に基づいて、LPS 複合材料のフレームワークに P2S5 の一部を少量の
SeS2 に置き換えることによってイオン伝導性が大幅に向上することを明らかにした。特に、70Li2S・
29P2S5・1SeS2 ガラスセラミックは、20℃で 5.28×10-3S・cm-1 の高い導電率と 24.7 kJ・mol-1 の低い活
性化エネルギー及び高い電気化学的安定性を示した。また、70Li2S・29P2S5・1SeS2電解質と硫黄低減
化した酸化グラフェン（S-rGO）複合電極に基づいて組み立てられた SSLB は、低温で優れた充放電
容量とサイクル安定性を示した。さらに、電気化学インピーダンス分光法（EIS）分析および SSLB 断
面観察により、電極と固体電解質間の界面抵抗や界面変化なども明らかにした。 
第 4 章には、細孔性リン酸ニッケル（VSB-5）ナノロッドをフィラーとして使用した、新規ポリエ
チレンオキシド（PEO）-リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（LiTFSI）-ナノコン
ポジットベースの固体高分子電解質の調製とこれを用いて作成した SSLB の性能評価について記し
た。得られた PEO-LiTFSI-3％VSB-5 固体高分子電解質は、30℃で 4.83×10-5 S・cm-1 の高いイオン伝
導度と、Li/Li+に対して約 4.13 V までの電気化学的安定性を示した。VSB-5 の添加により生じた VSB-5
と PEO-LiTFSI 間の相互作用に伴い PEO の結晶化度が低下したことが、イオン伝導率向上の要因と考
えられる。また、この固体電解質ではリチウム金属アノードへの適合性が改善されており、リチウム
デンドライトの成長が効果的に抑制された。PEO-LiTFSI-3％VSB-5 固体高分子電解質を用いて組み立
てられた LiFePO4/Li バッテリーは、PEO-LiTFSI 電解質を用いたものよりも優れたレート特性と高い
サイクル安定性を示した。以上のことから、この新型の固体高分子ハイブリッド電解質は、リチウム
金属電極を用いた SSLB への適用が有望視される。 
第 5 章には、ロッド状の Zn2(OH)BO3 粒子を PEO に複合化した固体高分子電解質について記した。 
本材料は、ロッド状の Zn2(OH)BO3 の合成及び粉砕プロセスと、それに続く加熱処理プロセスとコ
ールドプレスプロセスでポリエチレンオキシド（PEO）を複合化することで得た。棒状の Zn2(OH)BO3
粒子の添加量が電解質のイオン伝導度に及ぼす影響を系統的に調査した結果、棒状の Zn2(OH)BO3 粒
子を 10mol％添加した際に、30°C で 2.78×10-5 S・cm-1 の高いイオン伝導度が得られた。また、イオン
伝導度の向上は、PEO 結晶化度の低下や Zn2(OH)BO3粒子と PEO の界面での Li イオン移動経路の増
加などが原因であると考えられた。さらに、この最適な固体複合電解質は、Li/Li+に対して 4.51 V ま
での広い電気化学的安定ウィンドウと、優れたリチウム金属アノードに対する安定性、優れた熱安定
性も示した。 
第 6 章は結言であり、本論文で明らかにした知見をまとめるとともに、今後の展望を述べている。 
以上を要約すると、本論文には三種類の新規固体複合電解質の開発に関する研究成果がまとめられ
ており、得られた知見は、固体電解質の実用化技術開発に大きく寄与するものと考えられる。 
本研究の成果は、学位論文の基準を満たす内容を有するものとして、合格に相当すると認められる。 
 
学位論文の基礎となる参考論文 
1. Zhijun Wu, Zhengkun Xie, Akihiro Yoshida, Xiaowei An, Zhongde Wang, Xiaogang Hao, Abuliti 
Abudula, Guoqing Guan, Novel SeS2 doped Li2S-P2S5 solid electrolyte with high ionic conductivity for 
all-solid-state lithium sulfur batteries（全固体リチウム硫黄電池用の高いイオン伝導率を備えた新規
SeS2ドープ Li2S-P2S5 固体電解質）, Chemical Engineering Journal, 380 (2020) 122419. 
2. Zhijun Wu, Zhengkun Xie, Akihiro Yoshida, Jing Wang, Tao Yu, Zhongde Wang, Xiaogang Hao, Abuliti 
Abudula, Guoqing Guan, Nickel phosphate nanorod-enhanced polyethylene oxide-based composite 
polymer electrolytes for solid-state lithium batteries（リン酸ニッケルナノロッドで強化されたポリエチ
レンオキシドベースの固体リチウム電池用複合ポリマー電解質）, Journal of Colloid and Interface 
Science, 565 (2020) 110-118. 
3. Zhijun Wu, Zhengkun Xie, Akihiro Yoshida, Zhongde Wang, Xiaogang Hao, Abuliti Abudula, Guoqing 
Guan, “Utmost limits of various solid electrolytes in all-solid-state lithium batteries: A critical review（全固
体リチウム電池におけるさまざまな固体電解質の限界：批評的レビュー ）”, Renewable & 
Sustainable Energy Reviews, 109 (2019) 367-385. 
 
 
 


Development of solid electrolyte materials for solid-state lithium batteries

弘前大学博士（医学）掲載誌：International journal of urology, 27, 642-648, 202

百田, 匡毅

Geriatric 8 screening of frailty in patients with prostate cancer

弘前大学博士（医学）掲載誌：Journal of dermatological science

福井, 智久

 
 
 
 
 
  
 
Analysis of the mechanism underlying a mild phenotype of hereditary 
coproporphyria due to a homozygous missense mutation in the transcription 
initiation codon of the coproporphyrinogen III oxidase gene 
(
) 
 
 
HCP 8 6
CPOX
CPOX 2
 
CPOX CPOX N
20
HCP  
56 3
2
UVB
UVA
ALT GTP
2 ALT
 
HCP CPOX (TIC)
(c.2T>G: p.M1R) CPOX
CPOX
 
CPOX cDNA pcDNA4/TO/myc-HisA
CPOX
Cos7 myc
CPOX 53kDa 39 kDa 2
CPOX 42 kDa 39 kDa CPOX 2
TIC TIC TIC-1 300 bp 2 TIC TIC-2
CPOX TIC-1 CPOX TIC-2 CPOX
N CPOX 3
3 53 kDa CPOX 42 kDa CPOX 39 kDa
CPOX CPOX Cos-7 TIC-1
CPOX
CPOX  
CPOX
CPOX
CPOX
T-REX
-HeLa CPOX CPOX
CPOX
CPOX
CPOX
CPOX
CPOX  
CPOX FITC myc Alexa 647
Tim23 CPOX
CPOX
 
TIC-1 c.2T>G: p.M1R
HCP TIC-1 CPOX CPOX
CPOX CPOX
HCP
CPOX
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Analysis of the mechanism underlying a mild phenotype of hereditary coproporphyria due to a homozygous missense mutation in the transcription initiation codon of the coproporphyrinogen III oxidase gene

Irwan, Kurnia

- 1 - 
 
様式第２号（第５条，第１１条関係） 
「課程博士用」 
 
学 位 論 文 の 要 旨 
専    攻 安全システム工学  専攻 
ふりがな 
氏  名 
いるわん くるにあ 
Irwan Kurnia 
学位論文題目 
Production of High-Value-Added Chemicals and High-performance Catalysts 
from Lignin（リグニンからの高付加価値化学物質と高性能触媒の製造） 
 
学位論文要旨 
The growing global population leads to an increasing demand for fossil-based fuels and 
chemicals, resulting in many societal problems, including energy security and environmental 
pollutions. Therefore, development of environmentally friendly fuels, chemical feedstocks, and 
materials becomes more and more important. Lignin is the largest natural and renewable source of 
aromatics. Industrial lignin is largely produced as the byproduct, especially in paper and pulping 
industries and in biorefinery processes. Utilization of lignin wastes would solve the issues related 
to the reduction of environmental impacts of the paper-making process and other delignification 
processes on the environmental burden. To date, many researches have focused on the production 
of high-value-added chemicals and development of lignin-derived functional materials, catalyst 
support, and carbon-based catalysts. In this dissertation work, a kind of zeolite-based catalyst was 
found to be effectively catalytic upgrading of lignin-derived bio-oils, and meanwhile, the 
lignosulfonate lignin was successfully applied as a precursor to prepare high-performance 
catalysts for hydrogen production from decomposition of formic acid and weak-acid carbon-based 
catalysts for the hydrolysis of cellulose and woody biomass as well as for the cyclization 
citronellal to produce p-menthane-3,8-diol. It includes 6 Chapters. 
Firstly, in-situ catalytic upgrading of bio-oil during the fast pyrolysis of lignin over five types 
of high aluminum zeolites, i.e., H-Ferrierite, H-Mordenite, H-ZSM-5, H-Beta and H-USY 
zeolites, were performed. It is found that the channel structure, pore sizes and acidity of zeolite 
had great effect on the product distribution, coke formation, and deoxygenation. The highest yield 
of light oil was obtained by using H-ZSM-5 zeolite and the highest selectivity toward 
monoaromatic hydrocarbons was achieved by H-Beta zeolite. This study could provide a 
guidance for the selection of suitable zeolite for the in-situ catalytic deoxygenation of bio-oil 
derived from fast pyrolysis of lignin.  
 Secondly, based on the high char product produces in fast pyrolysis of lignin (52.2 wt%), 
dealkaline lignin (DAL) was used as a carbon and sulfur source to prepare MoS2/Mo2C based 
catalysts (Mo-DAL) with a facile impregnation-pyrolysis two-step process for the hydrogen 
production from the formic acid decomposition. Comparison of the catalytic performance of the 
Mo-DAL catalyst with the carbon black-based one (Mo2C-CB) revealed that the Mo-DAL 
catalyst exhibited superior activity to the Mo2C-CB catalyst. When 20 wt% of Mo was loaded on 
DAL, the catalyst produced hydrogen quite selectively (99.2%) with almost complete conversion 
of formic acid (97.4%) at 220 °C. In addition, the catalyst showed stable activity for at least 50 
hours in these conditions. These catalytic activity and hydrogen selectivity are superior to the 
other reported non-precious metal catalysts. Since DAL contains not only carbon but also sodium 
and sulfur species, multiple kinds of active sites such as Na-intercalated MoS2, MoS2, and 
β-Mo2C were formed on the Mo-DAL catalysts. Investigation of additional effects of sulfur and 
- 2 - 
 
sodium species on the Mo-CB catalyst revealed that both activity and selectivity for H2 
production was improved by adding those elements. Thus, this study provides a new viewpoint to 
utilize waste dealkaline lignin as a precursor of sustainable and selective precious metal-free 
hydrogen production catalysts for formic acid decomposition.  
Thirdly, since the original structure of neutralized lignosulfonate lignin (alkaline lignin, pH 10) 
contains the phenolic hydroxyl groups, carboxyl groups, and SO3H groups. Alkaline lignin (AL) 
can be utilized as low-cost and sustainable weak-acid carbon catalysts which is prepared by 
pyrolysis of AL followed by an acid solution treatment process, and applied for the hydrolysis of 
cellulose and woody biomass. The effect of pyrolysis temperature on the acidity of the final 
carbon catalyst was investigated. It is found that the AL-derived carbon catalysts at the pyrolysis 
temperature of 450 °C (denoted as AL-Py-450) exhibited the highest activity in the hydrolysis of 
ball-milled cellulose with a cellulose conversion of 70.8% and a glucose yield of 46.3% in a neat 
water reaction system. Furthermore, with the addition of 0.012 wt% hydrochloric acid (HCl) in 
the above reaction system, the cellulose conversion was increased to 96.1% with a glucose yield 
of 69.8%. In the same reaction conditions, the AL-Py-450 carbon catalyst also exhibited good 
catalytic activity for the hydrolysis of lignocellulosic biomass, i.e., Japanese cedar wood, with 
yields of glucose and xylose of 47.1% and 40.3%, respectively. Therefore, this study could 
provide a new perspective to utilize the wasted alkaline lignin as a source for the preparation of 
sustainable weak-acid carbon catalysts for the hydrolysis of cellulose and lignocellulosic biomass. 
Finally, the AL-derived carbon catalysts were also applied for cyclization citronellal to 
produce p-menthane-3,8-diol(PMD), which is a natural mosquito repellent with lower toxicity 
than the widely-used N,N-diethyl m-toluamide (DEET). Especially, the carbon catalysts obtained 
by pyrolysis at 500 °C showed 97 % high conversion of (±) citronellal with a 86 % high PMD 
yield. In addition, it is found that the citronellal cyclization-hydration reaction via 
carbocation-hydration pathway rather than isopulegol hydration route over such an AL-derived 
carbon catalyst. 
注）和文 2,000字以内又は英文 800語以内                 続紙 有□ 無■ 


Production of High-Value-Added Chemicals and High-performance Catalysts from Lignin

Xiaokaiti, Pairuzha

様式第８号（第１８条，第３６条関係） 
 
 
学位論文審査結果の概要 
氏 名 XIAOKAITI  PAIRUZHA（ｼｮｹｲﾃｨ ﾊﾟｲﾙｻﾞ） 
学位論文審査委員氏名 
主査  阿布 里提 
副査  官  国清 
副査  阿部 敏之 
副査  任   皓駿 
副査  吉田 曉弘 
論 文 題 目 
Development of perovskite-type electrode materials for solid oxide fuel cells 
(固体酸化物型燃料電池電極用ペロブスカイト型酸化物材料に関する研究) 
審査結果の概要（2,000 字以内） 
固体酸化物形燃料電池(SOFC)の高性能化には、高機能新規電極・電解質材料の開発とともに、作動
温度の低温化が注目されているが、温度低下とともに電極活性が低下し電解質抵抗が大幅に増加する
ため、高温作動型 SOFC の特質を損なわない範囲で低温作動化することが重要課題である。また、炭
化水素燃料を直接利用する SOFC 開発のために、低温領域においても炭化水素燃料への酸化活性を高
める電極材料が求められ、SOFC 作動温度の低温化を達成するには廉価な材料と製造プロセスも大き
な技術課題となっている。本研究では、イオン・電子混合導電性を持つ上、部分元素置換及び触媒と
のシナジー効果も併せ持ち、高温のみならず中低温域においても優れた電極活性が期待できるペロブ
スカイト型酸化物に着目し、Fe-Co 系ペロブスカイト型酸化物をベースに、A サイトと B サイトの元
素種とその添加量、調製条件と合成プロセス等の改良と最適化によって、高性能 SOFC 電極材料及び
一体共焼結プロセスを活かした低コストセル製造技術の研究開発を同時に行った成果を述べたもので
ある。当該学位論文は英語で書かれており全部で 6 つの章から構成され、具体的には以下の内容から
なる。 
(1) まず、異なる Nb ドープ量のペロブスカイト型酸化物 Pr0.4Sr0.6(Co0.3Fe0.6)1-xNbxO3-σ(PSCFNx, 
x=0, 0.05,0.1,0.2)を固相法で合成し、PSCFNx をカソード材料として用いた場合、B サイト元素(Nb)
量とセル焼結温度によって、結晶構造解析、格子間酸素脱着挙動と電気化学特性に与える影響等につ
いて検討を行った。その結果、この材料は理想的な面心立方格子空間群(Fm3m)のように x の増加と
ともに格子体積増加と熱力学的安定性が見られ、空気雰囲気中 1250 ℃で電解質材料
La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δと 8 時間焼結しても良好な化学的適合性があることがわかった。また、
PSCFNx の SOFC カソード材料としての最適値は x=0.1 で、900℃における分極抵抗は 0.018Ω/cm2
を示し、H2(～3% H2O)燃料による発電実験の結果、SOFC セルの 900℃における最大出力は
0.731W/cm2 を示した。これらの結果より、PSCFN0.1 は SOFC のカソード材料として有望であるこ
とを明らかにした。 
(2) 電気化学特性向上のため、新規 Sr ドープ Sr0.9Co0.3Fe0.7O3+δカソード材料を固相法で合成し、
x=0.90～1.10 の範囲において、(Ce0.1Sr0.9)xCo0.3Fe0.7O3-δ((CS)xCF)は面心立方格子空間群(Fm3m)構
造であることを観測した。また、X 線光電分光法(XPS)と酸素昇温脱離プロファイル(O2-TPD)の同時
測定を行った結果、x<1.0 の範囲では A サイト欠陥が生成するのに対し、x>1.0 の範囲では不純物相
が含まれることがわかった。(CS)0.9CF をカソードに用いた SOFC 発電実験の結果、800℃における
最大出力は 0.571W/cm2を示し、500℃における最大伝導率は 109.6S/cm を示した。 
 
(3) 以上の結果に基づき、SOFC の対称電極材料として、Pr0.4Sr0.6Co0.9-xFexNb0.1O3-δ(PSCFxN) (x=0, 
0.2,0.4,0.6,0.9)を用い、物性から電気化学特性まで詳細の検討を行った。まず、化学量論組成から導
電率や熱膨張率、電気化学特性への影響を明らかにするため、Fe と Co の最適量の検討を行った結果、
熱膨張係数と導電率は Fe のドープ量増加に伴い低下するが、高原子価 Fe4+の価数が Fe3+へ還元に
より多くの酸素欠陥が生み出されることがわかった。この現象は酸素イオン移動の駆動力になり、分
極抵抗低減に期待できる。PSCFxN の電気化学測定を行った結果、900℃における分極抵抗は低い値
0.028Ω/cm2 を示し、650℃における導電率は高い値 258.90S/cm を示した。一方、熱膨張係数は Fe
ドープに伴い電解質の熱膨張係数値まで低下し、PSCN, PSCF0.6NとLSGM (電解質)の熱膨張係数は、
空気雰囲気中でそれぞれ 17.39、11.79 と 10.01×10-6となった。また、異なる厚さの電解質(500、400
と 300μm)を用いた発電実験を行った結果、それぞれの一体焼結対称電極セルの最大出力は、0.642、
0.713 と 0.891W/cm2を示し、PSCF0.6N は SOFC の対称電極材料として有望であることを明らかに
した。 
 
以上を要約するに、本論文は、SOFC の電極材料としての長期耐久性、高信頼性、低コストを実現
するために、ペロブスカイト型酸化物の性質を改良する有力な部分置換法を用いて機能と構造をナノ
レベルで制御することにより、電極の調製と電気化学特性評価からその応用メカニズム及び特性まで
の情報を明するために行った研究成果をまとめたものである。本研究で得られた知見は、今後の SOFC
の早期実用化における基礎から応用にわたる有益な情報を提供するもので、学術及び技術の発展に寄
与するところが少なくない。 
 
よって本論文は博士(工学) の学位論文として合格と認められる。 
 
 
 
学位論文の基礎となる参考論文 
① XIAOKAITI PAIRUZHA, Tao Yu, Akihiro Yoshida, Zhijun Zuo,Xiaogang Hao, Guoqing Guan, Abuliti 
Abudula,“ Characterization of B-site Niobium-doped Pr0.4Sr0.6(Co0.3Fe0.6)1-xNbxO3-δ(x=0, 0.05, 0.1 and 
0.2)perovskites as cathode materials for solid oxide fuel cells”,ChemistrySelect, 3 (2018) 4609-4618. 
②  XIAOKAITI PAIRUZHA, Tao Yu, Akihiro Yoshida, Guoqing Guan, and Abuliti Abudula, "Evaluation of 
cerium doped perovskites (Ce0.1Sr0.9)xCo0.3Fe0.7O3-δ as cathode materials for solid oxide fuel cells," 
Catalysis Today, 332 (2019) 94-100. 
 
 


Development of perovskite-type electrode materials for solid oxide fuel cells

福田, 幾夫

様式第８号（第１８条，第３６条関係） 
 
学位論文審査結果の概要 
氏 名     福田 幾夫 
学位論文審査委員氏名 
主査  笹川 和彦  
副査  佐川 貢一 
副査  村田 裕幸 
副査  城田 農 
副査  藤﨑 和弘 
副査 
論 文 題 目 
Evaluation of Perfusion Technique on Extracorporeal Circulation Based on Fluid 
Dynamics Using Experimental Modeling, Computational Fluid Simulation and 
Clinical Relevance （体外循環送血法におけるモデル実験、コンピュータシ
ミュレーションおよび臨床的計測を用いての流体力学的検討） 
審査結果の概要（2,000 字以内） 
第１回審査を 2020年 1月 21日に行い、予備審査の際の指摘箇所を中心に論文審査を行った。また、
予備審査の際に課した専門分野３科目の課題に対して口述試験を行った。同年 2月 17日に論文公聴会
を開催し、論文内容の説明の後、参加者からの質疑応答を行った。同日、第２回審査を行って、第１
回審査の際に課した学位論文に関連する専門課題についての口述試験と英語の学力確認を行った。 
 
大動脈瘤は大動脈の内膜と中膜の硬化変性により、血管壁が損傷し、血圧によって拡大する疾患で
あり、高齢化とともに罹患率が増加する。胸部大動脈瘤の治療では、瘤が破裂する前に病変部を人工
血管に置換する手術（人工血管置換術）を行うが、その間全身の血流を停止させないために人工心肺
装置を用いた循環補助が必要となる。このとき、大動脈瘤症例ではしばしば著しい血管の内側表面へ
の脂質の沈着と変性があり、人工心肺装置から大動脈へ血流を戻す際の流速の早い送血が大動脈内面
の粥状硬化病変部を剥離させ、脳をはじめとする塞栓症を引き起こす危険性が高い。本論文は、塞栓
症の合併頻度を減少させる送血方法を流体力学的に検討し、臨床応用することを目的として、人工心
肺装置から大動脈への送血モデルを作成し、血管内部の血流の流速とせん断応力を解析することによ
り、臨床で用いられる送血管（カニューレ）ならびに送血方法の違いに対する血管内部の挙動を検討
した結果をまとめたものであり、６章よりなる。 
第 1章では人間の大動脈の形態的特徴と動脈硬化性粥状硬化症の病理学的特徴について述べ、本研
究の目的に関して解説している。 
第 2章では、ガラス管弓部大動脈モデルを用いた実験解析について述べている。実際の患者の光造
形法を用いた三次元モデルからガラス管を用いて正常および大動脈瘤モデルを再現し、模擬体外循環
系を構築するとともに、模擬血流計測には Particle Image Velocimetry 法を用い、血流の可視化を
行っている。血流非減衰型の end-hole カニューレ、血流減衰型の Dispersion、Soft-Flow カニュー
レ、新たに開発した Stealth Flowカニューレ、Dispersionカニューレを大動脈基部に向けた場合を
扱って、大動脈の長軸方向と横断面における灌流液の流速、方向、せん断応力の指標として Magnitude 
of Strain Rate Tensor(MSRT)、流れの乱れの指標として流速の二乗平均平方根（乱れ強度、Urms）
に着目した解析結果について述べている。 
第 3章では、Dispersionカニューレ、Soft Flowカニューレを用いた実際の手術における大動脈内
の血流を経食道エコーと直接エコー図を用いて、弓部大動脈内の血流速度と乱流強度分布を解析した
結果について述べている。 
第 4 章では数値計算モデルによる検討を行なっている。大動脈瘤症例の CT データから再構築した
三次元モデルに送血カニューレを挿入した場合の弓部大動脈内の血流を解析している。計算モデルと
ガラス管実験モデルの流速分布の比較から、両者でほぼ一致した結果が示されている。 
第 5章では、本研究で用いた流体力学的解析手法の心臓血管外科領域への応用について考察してい
る。本研究の手法を用いることにより、一定の条件下で血流速度、MSRT、流れの乱れを評価すること
ができ、送血カニューレの性能評価、送血方法の比較評価が可能となったが、手法の煩雑さを補うた
め、数値計算モデルで個々の症例の大動脈モデルを作成し、コンピュータ・シミュレーションで検討
を行うことが有用であると結論付けている。第 6章は参考文献である。 
以上を要するに本論文は、心臓血管手術時の体外血流循環に伴う送血法に関して、初めて実形状に
即した大動脈モデルに対し流体力学的な血流挙動解析手法を適用するとともに、臨床で用いられる送
血カニューレの評価および新たなカニューレの開発を行い、その有用性を示したものであり，機械工
学および医用工学に寄与するところが少なくない。 
よって本論文は博士（工学）の学位を与えるに値すると認める。 
 
 学位論文の基礎となる参考論文 
1. Fukuda I， Fujimori S， Daitoku K， Yanaoka H， Inamura T．Flow velocity and turbulence in the 
transverse aorta of a proximally directed aortic cannula: hydrodynamic study in a transparent model．The 
Annals of Thoracic Surgery 2009;87(6):1866-1871． 
2. Fukuda I， Osanai S， Shirota M， Inamura T， Yanaoka H，Minakawa M， Fukui K． Computer-simulated 
fluid dynamics of arterial perfusion in extracorporeal circulation: From reality to virtual simulation．
International Journal of the Artificial Organs. 2009;32(6):362-370. 
3. Fukuda I，Yanaoka H， Inamura T， Minakawa M， Daitoku K，Suzuki Y． Experimental fluid dynamics 
of transventricular apical aortic cannulation．Artificial Organs 2010;34(3):222-224. 
4. Minakawa M， Fukuda I， Igarashi T， Fukui K， Yanaoka H，Inamura T．  Hydrodynamics of Aortic 
Cannulae During Extracorporeal Circulation in a Mock Aortic Arch Aneurysm Model．Artificial Organs． 
2010;34(2):105-112. 
5. Minakawa M， Fukuda I， Inamura T， Yanaoka H， Fukui K，Daitoku K， Suzuki Y， Hashimoto H． 
Hydrodynamic evaluation of axillary artery perfusion for normal and diseased aorta. General Thoracic and 
Cardiovascular Surgery 2008;56:215-221. 
6. Kitamura S, Shirota M, Fukuda W, Inamura T, Fukuda I. Numerical simulation of blood flow in femoral 
perfusion: comparison between side-armed femoral artery perfusion and direct femoral artery perfusion. 
Journal of Artificial Organs. 2016;19:336-342. 
 
 


Evaluation of Perfusion Technique on Extracorporeal Circulation Based on Fluid Dynamics Using Experimental Modeling, Computational Fluid Simulation and Clinical Relevance

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