2023 Fiscal Year Annual Research Report
キノン含有共役高分子材料の水圏および非水圏での機能制御とエネルギー関連応用
Publicly Offered Research
| Project Area | Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions |
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| Project/Area Number |
22H04559
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
緒明 佑哉 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90548405)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | キノン誘導体 / 非晶質共役高分子 / 水素発生電極触媒 / リチウムイオン二次電池 / ネットワーク高分子 / 水和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2電子の酸化・還元反応を伴うキノン誘導体は、メタルフリーな水素発生電極触媒やリチウムイオン二次電池正極など、エネルギー関連材料への応用が期待されている。本課題では、キノン誘導体とヘテロ芳香族化合物の共重合により、機能部位が凝集せず分散した非晶質共役高分子ネットワークを設計・合成し、白金に代わる水素発生反応(HER: hydrogen evolution reaction)の電極触媒への応用を検討した。また、非晶質共役高分子ネットワークの水圏での特異な水和挙動を見出した。メタルフリーHER触媒に関する先行研究の文献データをもとに、当グループで開発してきた小規模データに対するマテリアルズインフォマティクス(MI)の手法を活用し、HER触媒活性である水素発生過電圧(ΔE)を少数の記述子で予測するモデルを構築した。ベンゾキノン(BQ)と共重合を行うヘテロ芳香族をフラン誘導体とすると、いずれも高活性が予測された。BQといくつかのフラン誘導体の組み合わせで合成を試みたところ、ベンゾオキサゾール(BO)を用いた共重合により非晶質共役高分子ネットワークBQ-BOが得られた。生成したBQ-BOは、リニアスイープボルタンメトリー(LSV)測定でΔE = 230 mV(at －10 mA cm－2)を示し、当研究室の先行研究のBQ-ピロール(Py)のΔE = 277 mVをよりも高活性であった。領域内共同研究により、これらの非晶質共役高分子ネットワークBQ-BOとBQ-Pyをテラヘルツ分光によって解析すると、特異な水和状態が観測され、親水性の高さが明らかになった。ナノ構造化による高比表面積、共役骨格による伝導性に加え、親水性がHER電極触媒の活性向上に重要であることがわかった。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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