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共有結合性有機骨格構造の設計と高速イオン伝導機能の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 17J02255
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 高分子化学
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

陶 閃閃  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードCOF / Proton conduction / Hydroxide ion conduction / 結合性有機骨格 / イオン伝導
研究実績の概要

Covalent organic frameworks (COFs) are a unique class of crystalline porous organic polymer that enables the construction of ordered one-dimensional mesoporous channels with a wide range of promising applications such as adsorption, catalysis, semiconductor, sensing and super capacitors.
I introduced crystalline H3PO4 to the pores of a stable TAPT-DMTP-COF and produced H3PO4@TAPT-DMTP-COF with different contents of H3PO4 in the pores. Notably, the H3PO4@TAPT-DMTP-COF achieves an exceptional proton conductivity up to 10^-2 S cm^-1at 160 °C.
Previously our group has been successfully developed the concept that the mesoporous channels of crystalline covalent organic frameworks can be designed to be the container of the proton carriers and the proton conductivity has been 2-4 orders of magnitude higher than those of microporous and nonporous polymers.
Then I also designed and synthesized COFs with polyelectrolyte units on pore walls by using pore surface engineering method and stable COFs as a precursor. The OH--appended COFs exhibited high OH- conduction. The conductivity of hydroxide ions along the ordered chains reached to 10^-4 S cm^-1 at 80 °C in water, which are four orders of magnitude higher than those of porous polymers reported. The hydroxide ion conduction requires low activation energy of 0.16 eV and occurs via a mechanism of proton hopping in the hydrogen network. These results suggest a new way based on crystalline porous covalent organic frameworks for designing anion-conducting materials.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] シンガポール国立大学(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Designing Stable Covalent Organic Frameworks for Proton Conduction2019

    • 著者名/発表者名
      S. Tao, Y. Nagao, D. Jiang
    • 学会等名
      The 99th CSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Hydroxide Anion Conduction in Covalent Organic Frameworks2018

    • 著者名/発表者名
      S. Tao, D. Jiang
    • 学会等名
      10th Singapore International Chemistry Conference (SICC10)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and Synthesis of Polyelectrolyte Covalent Organic Frameworks for Anion Transport2018

    • 著者名/発表者名
      タオ サンサン
    • 学会等名
      第98春季年会(2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Proton Conduction in Crystalline and Porous Covalent Organic Frameworks2017

    • 著者名/発表者名
      タオ サンサン
    • 学会等名
      The 66th SPSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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