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creation and exploration of innovative thermal energy storage system by using covalent organic frameworks

Research Project

Project/Area Number 22KJ1306
Project/Area Number (Other) 22J13852 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

WANG XIAOHAN  東京工業大学, 工学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords共有結合性有機骨格 / 多孔性材料 / 蓄熱エネルギー / 水蒸気吸着 / 結晶成長 / 多孔質材料
Outline of Research at the Start

共有結合性有機骨格(COF)は,近年出現したナノスケールの周期構造をもつ結晶性多孔材料であり,その高い熱安定性とデザイン自由度から多くの応用が提案されている.しかし,熱工学への応用に関する検討は極めて少ない.本研究では,COFの細孔内部への水蒸気吸着を用い,新規な蓄熱エネルギー材料系の創製に取り組んでいる.具体的に,原料分子のデザインから出発し,水蒸気吸着に適する新規なCOFを創製する.COFの水蒸気吸着に関する諸特性を計測により明らかにする.さらに,生成したCOFの骨格構造と蓄熱に関する特性との相関を明らかにした上,COFをホスト材とした蓄熱エネルギー材料系の設計指針を得る計画である.

Outline of Annual Research Achievements

共有結合性有機骨格(COF)とは,ナノスケールの周期構造をもつ多孔性材料であり,その高い安定性と高いデザイン自由度から多彩な応用が提案されている.しかし,これまでの先行研究は殆ど化学者によって行われ,COFの熱工学への応用に関する検討はされていない.本研究では,水分子がCOF骨格への吸着によって放出される吸着エンタルピーを利用し,COFをホスト材とした水蒸気吸着蓄熱材料系の創製に取り組んでいる.そのため,COFの水蒸気吸着特性,および,その特性における影響因子を明らかにすることが必要となる.
本研究では,(i) 水蒸気吸着による蓄熱系に関するCOFの諸特性を測定によって明らかにし,COFの熱工学への応用を開拓すること,および,(ii) COFの水蒸気吸着特性を明らかにした上,新しい水蒸気吸着蓄熱材を創出し,その設計指針を得ることを目的としている.
本年度は,目的(i)と(ii)について,研究を行って以下の成果を得た.目的(i)について,既報の3次元COFであるCOF-300を用い,その結晶成長における温度の影響を検討した.本成果は,The 17th International Heat Transfer Conferenceにおいて発表した.また,COF-300の水蒸気吸着特性における結晶サイズの影響を研究し,その知見を第60回日本伝熱シンポジウムにおいて報告した.目的(ii)について,応募時に創製が成功した一連の新規COFが互いに異なるトポロジーをもつ骨格異性体であることを明らかにし,各異性体の熱力学的な安定性を解明した.また,これらの新規COFは水をほとんど吸着しないことを明らかにし,その理由を議論して,今後のCOF構造の設計に対して指針を提供した.当該成果は,学術誌「Journal of the American Chemical Society」に発表された.

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Triple Isomerism in 3D Covalent Organic Frameworks2024

    • Author(s)
      Wang Xiaohan、Wada Yuki、Shimada Terumasa、Kosaka Atsuko、Adachi Kiyohiro、Hashizume Daisuke、Yazawa Koji、Uekusa Hidehiro、Shoji Yoshiaki、Fukushima Takanori、Kawano Masaki、Murakami Yoichi
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 146 Issue: 3 Pages: 1832-1838

    • DOI

      10.1021/jacs.3c13863

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] TEMPERATURE DEPENDENCE OF THE CRYSTAL GROWTH OF IMINE-BONDED 3-DIMENSIONAL COVALENT ORGANIC FRAMEWORK (3D-COF)2023

    • Author(s)
      Wang Xiaohan、Murakami Yoichi
    • Journal Title

      International Heat Transfer Conference 17

      Volume: 32 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1615/ihtc17.320-40

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 共有結合有機骨格(COF)の水蒸気吸着特性の結晶サイズ依存性2023

    • Author(s)
      王 暁晗
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Temperature dependence of the crystal growth of imine-bonded 3-dimensional covalent organic framework (3D-COF)2023

    • Author(s)
      X. Wang
    • Organizer
      The 17th International Heat Transfer Conference
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 共有結合性有機骨格(COF)を吸着媒体とした水蒸気吸着蓄熱の探究2022

    • Author(s)
      王 暁晗
    • Organizer
      第59回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 蒸気蓄熱を志向した新規な共有結合性有機骨格(COF)の創出と評価2022

    • Author(s)
      王 暁晗
    • Organizer
      熱工学コンファレンス2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermophysical characterization of water adsorption to covalent organic framework for thermal energy storage2022

    • Author(s)
      X. Wang
    • Organizer
      The 13th Asian Thermophysical Properties Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 共有結合性有機骨格の構造異性体の発現・制御方法を開発

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2024/068436

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室HP

    • URL

      http://www.fel.zc.iir.titech.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] ATPC13 Best Presentation Award 受賞時の大学ニュース

    • URL

      https://educ.titech.ac.jp/mech/news/2022_10/063225.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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