2021 Fiscal Year Annual Research Report
大環状芳香族分子のナノ細孔性固体のリチウムイオン電池負極材料への応用
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19H02552
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 宗太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (40401129)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 負極材料 / 大環状芳香族分子 / ナノ細孔 / 炭化水素 / 大環状分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子性孔あきグラフェンを集積して細孔性材料を構築し、高性能リチウムイオン電池負極材料を開発することをめざしている。研究代表者の所属していた研究室では、独自に開発した大環状芳香族炭化水素分子の合成法をもとに、合目的分子設計を施した分子合成を行い、集積様式の制御によって分子細孔が整然と並んで構築された1次元ナノチャンネル構造を持つ結晶性固体を得ている。本研究では、この手法を展開し、1次元ナノチャンネル構造を持つ結晶性固体の調製とその機能開発を進めてきている。
本年度、このような大環状芳香族炭化水素分子のつくる結晶構造に着目し、特にナノチャンネル構造の有する機能の開発にむけて取り組んだ。独自に合成した分子に加え、海外を含む共同研究者とも積極的に連携し、多様な構造の大環状芳香族炭化水素分子が構築する結晶構造を解明し、ナノチャンネル構造を構築するための指針を得るべく検討を重ねた。この検討においては、X線回折による固相充填構造の解明が鍵であり、実験室に設置されたX線回折系に加えて、放射光X線源の利用も含めて回折実験の検討を行った。特に、電極における電気化学反応を化学反応として実施し、アルカリ金属と大環状分子との複合体の調製とその結晶構造を含めた構造解析を海外の共同研究者とともに達成することができた。溶液中での化学反応でどのような複合体が得られるか、X線構造解析により解明することができ、大きな研究の展開を図ることができたと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
電極における電気化学反応を化学反応として実施し、アルカリ金属と大環状分子との複合体の調製とその結晶構造を含めた構造解析を海外の共同研究者とともに達成することができた。当初の計画以上に、不安定な電気化学反応生成物の明瞭な構造解明を達成することができた点は重要である。溶液中での化学反応でどのような複合体が得られるか、という知見は、本研究の目的を達成する上で、大きな展開にいたったものだと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
分子性孔あきグラフェン分子の集積構造の構築とその機能について総括するために、研究をとりまとめる。充填構造とその構造に由来する機能解明を行い、材料開発としての研究を完成させる。研究開始当初には想定していなかったが、研究を進めてきた数年のうちに測定装置の高度化が進んできているため、最先端の測定手法によって明らかにできる適用範囲が広がってきている。これらの最新の手法も併用して研究目的を達成する。
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