Atmospheric electric storage by organic lockable redox and catalytic key
| Project/Area Number |
22K19080
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
吉田 司 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (90273127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松村 吉将 大阪工業大学, 工学部, 講師 (30791818)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 再生可能エネルギー / レドックスバッテリー / 有機レドックス分子 / 導電性高分子触媒 / 電極動力学 |
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| Outline of Research at the Start |
再生可能エネルギーの拡大に向けて、電力貯蔵とオンデマンド利用を可能とするレドックス電池が注目されている。資源枯渇の恐れの無い有機レドックスが有望視されているが、多くの場合可逆性が高く、還元状態の分子が大気中の酸素で酸化（放電）する問題があった。本研究では、分子内ピナコールカップリング等の反応により還元安定化する準可逆ロッカブルレドックス分子とこれを選択的に酸化する水素結合性導電性高分子触媒キーを同時開発し、大気下で粉体としても電力貯蔵可能なシステムへの端緒を得る。電位と水溶性、可逆性を制御するロッカブル分子と触媒キーの設計合成を系統的に行い、その電気化学動力学と安定性を評価する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
合成単離に成功した開環酸化型の1,8-dibenzoylnaphthalene（DNPO2）と閉環還元型の1,2-dihydro-1,2-diphenylacenaphthylene(DNP(OH)2）のアセトニトリル溶液について電気化学測定、バルク電解と生成物分析を行い、前者が-2.1 V vs. Fc/Fc+付近で還元されるが、非プロトン性溶媒中であるため後者の生成は起こらず、還元体ラジカルの生成を伴うのに対して、後者の前者への酸化開環が＋1.1 V付近で起こることを結論付けた。すなわち、還元体が再酸化に対して著しく安定化されるロッカブルレドックスシャトル(LRS)となり得ることを明らかに出来た。やはりプロトン付加体の生成が重要であり、水溶性のLSR合成を試みたが難航し、研究期間内には合成評価出来なかった。一方で、DNP(OH)2を-2.1 V付近で酸化ディスチャージ出来る高分子触媒電極（キー）を見出すには至らなかった。水素発生触媒能を見出したポリニュートラルレッド(PNR)については、EQCM法を用いた電気化学分析により、PNR還元に伴うNRモノマーの静電吸着が重要な素過程であり、その吸着種の酸化と電極近傍でのラジカルカップリングによってPNRの成長が起こっていることを明らかにした。その原理に基づき、PNRの還元とNRモノマーの表面濃縮とNRの酸化重合を繰り返すパルス電解法を用いることで製膜レートの向上を果たすことが出来た。この成果は、今後種々の導電性高分子触媒合成において重要な知見を与える。上記DNPO2とDNP(OH)2についてDFT計算を行い、そのエネルギー構造を推定したところ、計測された酸化還元電位にほぼ呼応するHOMO, LUMO電位となったことから、プロトン付加を伴う構造変換によって失われたエネルギーを熱的に獲得することは容易ではないと推定された。
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Report
(2 results)
Research Products
(22 results)
