Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
PCET反応を示す化合物として、1電子2プロトン(1e/2H)反応および1電子3プロトン(1e/3H)反応を示すルテニウム錯体を用いて熱化学電池を構築する。計算上2.4もしくは3.6 mV/Kが実現できる。さらに溶媒を変化させることで、反応エントロピーを増大させ、大きなSeを実現する。熱電効果のメカニズムは、溶媒のpHにより反応機構を変化させて測定することで研究する。得られた高ゼーベック係数の熱化学電池について、電池の内部抵抗、熱伝導度を測定し、ZTおよび熱電変換効率を見積もる。
本年度はプロトン共役電子移動(PCET)型の酸化還元反応を示すレドックス対を用いた熱化学電池について、pH、濃度、酸化還元種などの最適化・一般化を行うと共に、キャリア伝導度や熱伝導度などの測定を行い、その性能を明らかにした。PCETを示すレドックス材料として、本年度はベンズイミダゾール錯体を加えた3種および、非公表の他の化合物に着目した。バッファーとして用いる支持塩として、クエン酸およびリン酸が大きなプロトン付加エントロピーを有しており、これが高いゼーベック係数に寄与していることを明らかにした。また熱伝導度および電気伝導度測定の結果、ZTを明らかにし、論文として投稿し、採択された(Kobayashi et al., Chem. Eur. J. 2021, 4287)またHot Paperとして採択され、Inside back cover として掲載された。一方、プロトン共役電子移動反応はpH依存性を示す。そこで、溶液のpHを温度変化させることの出来る高分子(NIPAMとアクリル酸の共重合体ナノ粒子)を用いて、小さな温度変化で大きな電圧を生じさせることで高いゼーベック係数が実現できることを示した(J. Am. Chem. Soc., 2020, 17318)。山内・石元らとの共同研究については、有機PCET化合物を用いることで安価な化合物で比較的高いゼーベック係数が実現できることを明らかにした。また計算化学の解析により、このゼーベック係数には、酸化チタン表面へのプロトン付加のエントロピーが寄与していることが示唆された。本研究内容は論文投稿中である。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019 Other
All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results, Peer Reviewed: 13 results, Open Access: 3 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results, Invited: 6 results) Remarks (3 results)
Journal of Environmental Chemical Engineering
Volume: 2 Issue: 2 Pages: 105114-105114
10.1016/j.jece.2021.105114
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 60 Issue: 12 Pages: 6333-6338
10.1002/anie.202013650
Journal of the American Chemical Society
Volume: 142 Issue: 41 Pages: 17318-17322
10.1021/jacs.0c08600
Chemistry ? A European Journal
Volume: 27 Issue: 13 Pages: 4287-4290
10.1002/chem.202004562
ACS Applied Polymer Materials
Volume: 2 Issue: 12 Pages: 5482-5491
10.1021/acsapm.0c00831
Chemistry Letters
Volume: 49 Issue: 10 Pages: 1197-1200
10.1246/cl.200410
130007923171
Chemical Communications
Volume: 56 Issue: 51 Pages: 7013-7016
10.1039/d0cc02356f
Volume: 141 Issue: 50 Pages: 19565-19569
10.1021/jacs.9b10880
Volume: 48 Issue: 11 Pages: 1379-1382
10.1246/cl.190613
130007741823
ChemSusChem
Volume: 12 Issue: 17 Pages: 4014-4020
10.1002/cssc.201901566
Solid State Ionics
Volume: 338 Pages: 134-137
10.1016/j.ssi.2019.05.019
Bulletin of the Chemical Society of Japan
Volume: 92 Issue: 7 Pages: 1142-1147
10.1246/bcsj.20190062
130007679367
Chem Pub Soc Europe
Volume: 25 Issue: 27 Pages: 6698-6702
10.1002/chem.201900329
https://inorg.chem.s.u-tokyo.ac.jp/
https://www.x-mol.com/paper/1310404386223263744
https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/506