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高効率液体水素貯蔵を実現する強電磁場ナノ空間物質の創製

研究課題

研究課題/領域番号 18K05145
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分34010:無機・錯体化学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

堀 彰宏  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50595064)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード水素 / 液化技術 / 核スピン転換 / 触媒 / 吸着 / 水素ガス / エネルギー / 多孔性金属錯体 / ガス吸着
研究実績の概要

本研究では、ボイル・オフ問題解決に向けた材料を開発することで、水素液化貯蔵、輸送技術の発展に貢献する。この問題を解決するために、気体状態で核スピンを高速かつ完全に変換する材料が求められている。磁性で修飾したナノ空間材料 MOF を開発し、ナノ空間を開発し、ナノ空間で水素の運動状態を制限した状態で強電磁場を与え、完全パラ水素化を可能にする。本年度は、Cu イオンとイソフタルサン誘導体を用いることでカゴメ格子を有する MOFを 3 種類合成することに成功した。イソフタルサン誘導体の置換基を変更することにより細孔径を 3.4~7.6 Å まで制御することができた。水素の分子直径が3.1 Å であることを考慮すると、カゴメ型 MOF のナノ空間は、水素の運動を制御し、オルソ水素のスピン転換に必要な有効電場勾配を与えることが期待される。合成したカゴメ型 MOF に水素を導入した状態でのラマンスペクトル観測に成功した。観測したラマンスペクトルから、オルソ・パラ比および転換時間を見積もることに成功した。35 K では水素の分子径よりも少し大きい 4.8Å; の細孔径を有する MOFが最も転換効率が良いことが分かった。材料設計として1次元のシリンダー状の細孔で考えたときオルソ・パラ転換効率は、MOF 内部への細孔内拡散が大きく寄与する。一方で、どの試料においても水素の液化温度である 20 K よりも高温のガスの状態で、オルソ・パラ転換が実現できていることから、合成した MOF 細孔は、水素を強く細孔内に束縛し、核スピン転換に有効な電場勾配による摂動を付与していることが明らかになった。これにより、MOF の空間制御によるオルソ・パラ転換材としての優位性が認められ、水素液化技術に寄与できると考えられる。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 構造柔軟性を有するナノポーラス金属錯体の吸着熱の直接観測2019

    • 著者名/発表者名
      小寺雄太、日下心平、堀彰宏、松田亮太郎
    • 学会等名
      第33回日本吸着学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 極小空間を持つナノポーラス金属錯体に吸着された水素の核スピンダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      金島奎太、清水定祐、日下心平、堀彰宏、馬運声、松田亮太郎
    • 学会等名
      第32回日本吸着学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Ortho-Para Conversion of Hydrogen Molecule Adsorbed in the Nanospace of Porous Metal Complexes2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Hori, Keita Kaneshima, Akio Mishima, Yunsheng Ma, Ryotaro Matsuda
    • 学会等名
      8th Pacific Basin Conference on Adsorption Science and Technology
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ortho-Para Conversion of Hydrogen Molecule in Kagome-Type of Cu-based Nanoporous Metal complexes2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Hori, Keita Kaneshima, Akio Mishima, Ma Yunsheng, Ryotaro Matsuda Nanoporous Metal complexes
    • 学会等名
      錯体化学会 第67回討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 名古屋大学大学院工学研究科 応用物質化学専攻 固体化学講座

    • URL

      http://www.apchem.nagoya-u.ac.jp/15-OUKA-7/matsudalab/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-12-27  

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