2020 Fiscal Year Annual Research Report
固体電気化学反応に基づいたナノ材料の機能創出とエネルギー科学への展開
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17H03048
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
吉川 浩史 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60397453)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属有機構造体 / ジスルフィド / ポリオキソメタレート / 二次電池 / イオン伝導度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、固体電気化学反応を用いた分子性ナノ材料の機能開拓を行った。以下に、本年度の主な成果である①ジスルフィド配位子を含む金属有機構造体の蓄電機能、②有機金属系イオン性液体におけるイオン伝導度スイッチング、③ポリオキソメタレート/ドープグラフェンナノ複合体の蓄電機能、について述べる。
①硫黄は高容量正極として大変期待される材料であるが、還元に伴うS-S結合の開裂により、可逆な酸化還元反応の点で問題がある。ここでは、可逆なS-S結合の酸化還元反応の実現を目的に、ジスルフィド部位を含む配位子を有する金属有機構造体(DS-MOF)を用いて、その充放電特性を調べるとともに、反応機構を検討した。その結果、三次元構造をもつDS-MOFにおいてより安定なサイクル特性が見出されるとともに、S K-edge XAFSにより、充放電で可逆なS-S結合の酸化還元反応が起きていることを明らかにした。このような電気化学反応による動的共有S-S結合は、MOFのようなソフトクリスタル中においてのみ可能であり、高性能な硫黄電池を開発するうえでの大きな手掛かりを得た。
②光照射により配位高分子に変化し、また熱によりもとのイオン性液体に戻る有機金属系イオン性液体を対象に、光及び熱による可逆な物性変化を検討した。その結果、光と熱により、これらのイオン伝導度と弾性を繰り返し可逆に制御することができた。
③ポリオキソメタレート(POM)とグラフェンなどのナノカーボンから成るナノ複合体は、電池の電極材料として大きな容量を示すことが知られている。しかしながら、そのサイクル特性は悪く、POMのナノカーボンへの接着が課題となっていた。ここでは、硫黄やリンを含むグラフェンを新規に作成し、これとPOMをナノ複合化することによって、より安定なサイクル特性を得ることに成功した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] General synthesis of single-atom catalysts for hydrogen evolution reactions and room-temperature Na-S batteries2020
Author(s)
Wei-Hong Lai, Heng Wang, Lirong Zheng, Quan Jiang, Zi-Chao Yan, Lei Wang,* Hirofumi Yoshikawa, Daiju Matsumura, Qiao Sun, Yun-Xiao Wang,* Qinfen Gu, Jia-Zhao Wang, Hua-Kun Liu, Shu-Lei Chou,* Shi-Xue Dou
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: 59
Pages: 22171-22178
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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