2022 Fiscal Year Research-status Report
イオン液体の調湿機構解明による省エネ・イオン液体調湿空調機の開発
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21K05159
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
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Principal Investigator |
伊藤 敏幸 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (50193503)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 吸湿性 / ナノ構造体 / 小角X線散乱スペクトル / トリアゾリウムイオン液体 / ピラゾリウムイオン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，世界では1億台以上のエアコンが稼働しているとされ，省エネエアコンの開発はサスティナブル社会実現のために重要な課題である。液式調湿空調機は現行のコンプレッサータイプの空調機に較べて低消費電力であり換気しながら空調を行うことができるという特徴のために感染症対策に有効な空調機になると期待されている。ところが，現在の液式調湿空調機は30％塩化リチウムを調湿材として使用しているが，リチウムは産出国が偏在する元素である。そこで，塩化リチウムに替わる新たな液式調湿空調機の調湿材を探索するためイオン液体に着目した。初年度は第4級アンモニウム塩のジメチルリン酸イオン液体が優れた吸水性を示すことを明らかにした。この結果を基盤に昨年度は吸湿機構解明に焦点を当てて研究を行い，イミダゾリウム，ピラゾリウム，123-トリアゾリウム，124-トリアゾリウムカチオンとリン酸ジメチルの組み合わせからなる26種のイオン液体を合成して吸湿性能を調べた。その結果，従来最高の吸湿性を示した第4級アンモニウム塩を凌駕する吸湿性を示すイオン液体が見つかり，ジカチオン性のピラゾリウム塩，124-トリアゾリウム塩は，塩化カルシウムと比較してモル当たり吸湿能で20倍以上の吸湿性能を示すことがわかった。また，124-トリアゾリウム塩イオン液体の吸湿性はカチオン部の疎水性アルキル側鎖が長くなると向上した。そこで，124-トリアゾリウム塩イオン液体について小角X線散乱測定を行ったところ，特有のナノ集合体を形成しており，このナノ構造体中に水分子が取り込まれることがわかり，従来，存在が推定されていたイオン液体集合体中のwater pocketの存在を実証することができた。さらに，ナノ構造体は水分量を増やしていくと相転位を起こすこともわかった。イオン液体の吸湿性の起源の解明に大きな手がかりを得ることができたと思われる。
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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
イミダゾリウム，123-トリアゾリウム，124-トリアゾリウム，ピラゾリウムイオン液体を合成しその吸湿性を評価した結果，昨年までに見いだしていた第4級アンモニウム塩イオン液体を凌駕する吸湿性を持つイオン液体を合成することができた。次に，吸湿機構を調べるために小角X線散乱スペクトルを測定した結果，イオン液体のナノ集合体中に水分子が取り込まれて捕捉されるスペースが存在する事を突き止めた。従来，イオン液体中にwater pocketが存在することがMDシミュレーションで提唱されていた。今回，初めてwater pocketが確認できたことになり，イオン液体の吸湿機構解明に向けて重要な知見が得られたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究でイオン液体が集合して生じるナノ構造体が吸湿機能発現の鍵になっていることがわかった。また，この過程でピラゾリウムイオン液体の吸湿性が124-トリアゾリウム塩に類似していることがわかった。本年度はピラゾリウムイオン液体に注目して吸湿機構を調べ，124-トリアゾリウム塩イオン液体と同様のwater pocketが存在するか調べることで，イオン液体の吸湿機構を解明する。
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| Causes of Carryover |
The Chemical Recordへの論文掲載費を計上していた。すでにWeb公開はされたが実際の印刷が遅れ，発行が5月過ぎになるとの連絡があった。このため掲載費用の請求が本年度の締めに間に合わないことがわかったため，論文掲載費を繰り越した。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Temperature Driven Current-Voltage Characteristics of Ionic Liquid Type Intelligent Connection Device2022
Author(s)
Kobayashi,M.; Orii, Y.; Shima, H.; Naitoh, Y.; Akinaga, H.; Sato, D.; Matsuo, M.; Kinoshita, K.; Nokami,T.; Itoh, T.
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Journal Title
IEEE J. Electron Devices Society
Volume: 10
Pages: 893-897
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dynamic Nonlinear Behavior of Ionic Liquid-based Reservoir Computing Devices2022
Author(s)
Matsuo, T.; Sato, D.; Koh, S-G.; Shima, H.; Naitoh, Y.; Akinaga, H.; Itoh, T.; Nokami, T.; Kobayashi, M.; Kinoshita1, K.
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces10
Volume: 14
Pages: 36890-36901
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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