| 研究課題/領域番号 |
20K20564
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
松田 亮太郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00402959)
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| 研究分担者 |
日下 心平 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80749995)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2020年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
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| キーワード | 多孔性金属錯体 / ナノ空間 / 吸着熱 / MOF / ガス吸着 / 熱スイッチ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、多孔性金属錯体（MOF）を用いて、ナノ空間物質へのガス吸脱着現象を利用した全く新しい熱制御材料の開発に挑戦する。MOFの「吸着・脱着機能」と「熱スイッチ機能」を統合することで、まったく新しい「ダイナミック熱スイッチ機能」を有する物質を創製する。環境の圧力や温度を変化させることで自在に熱流量や伝熱方向の制御が可能な新物質により、「吸着化学」と「熱科学」を融合した新しい学問領域を開拓する。
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| 研究成果の概要 |
ガス雰囲気下in situ熱量測定装置を独自に構築した。この装置を用いて様々なMOFにおけるCO2吸脱着熱の直接観測を行った。特に剛直なMOFと柔軟なMOFの吸着における熱動態を明らかにすることができた。MIL-53(Al)について、同一組成で柔軟、剛直の2種類を作り分け、それぞれに対して吸着熱測定を行った結果、柔軟なMIL-53(Al)は吸着時の構造変化で大きな発熱を抑制することが分かった。また、構造膨張区間での吸着熱が一定となった結果に着目し、同区間における構造変化を詳細に解析することで、構造変化の度合いと発熱の抑制量に相関があるということを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
柔軟なMOFは吸脱着熱を構造変化によって抑制できることを実験的に明らかにした。柔軟なMOFを用いると、構造変化を示す狭い圧力領域において、効率的にPSAを運転可能なだけでなく、吸着における発熱・吸熱の抑制が可能であることがわかり、柔軟性MOFを用いた省エネデバイスへの応用が期待できる。また、本研究では当初予期していなかった様々な空間構造を有する新規MOFを見出すこともでき、MOFナノ空間を利用した熱制御材料や反応場を提供する材料としての応用展開も期待される。以上、本研究において持続可能な社会を実現に資する有用な材料科学分野の研究成果を挙げることができた。
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