| 研究課題/領域番号 |
22KJ0413
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| 補助金の研究課題番号 |
22J11837 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
井上 大 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
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| キーワード | 液体熱電変換 / エネルギーハーベスティング / X線吸収分光測定 / 酸化還元電位 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体熱電変換は、環境中の微小な温度差から起電力を生み出すエネルギーハーベスト素子である。本研究の目的はFe2+/Fe3+を酸化還元対とした[1]有機溶媒混合溶液の酸化還元電位Vと電気化学ゼーベック係数αの微視的理解、および[2]高い変換効率を示す溶媒系の創出である。そのために[1]X線吸収分光測定、PDF解析を行い、Feイオン周りの局所構造解析を行う。さらに[2]様々な電極で性能パラメータ(α、電気伝導度σ、熱伝導度κ)を評価し電極材料の最適化を行う。そして最適化した電極を用いて、性能パラメータの混合溶液比依存性を明らかにする。これらから混合溶液を活用した液体熱電変換のZTを決定する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的はFe2+/Fe3+有機溶液における、(i)酸化還元電位Vおよび電気化学ゼーベック係数αの微視的理解、及び(ii)高効率な溶媒系の創出である。本年度は、塩素塩または過塩素酸塩を溶解させたさまざまな有機溶液において、X線吸収分光測定を行いFeイオン周りの局所構造解析を行った。塩素塩において、Fe3+の配位状態は塩化物イオンとの強い相互作用により、いずれの有機溶液においても[FeCl4]-を形成することが分かった。他方、Fe2+では配位状態に顕著な溶媒依存性を確認した。過塩素酸塩において、Fe2+は全ての有機溶液で6配位正八面体構造を取ることがわかった。一方Fe3+は、一部の有機溶液で配位状態に6配位正八面体構造からの歪みを示唆する結果が得られた。さらに量子化学計算によって、有機溶媒がFe2+、Fe3+に６配位した配位状態の構造最適化を行った。求めた構造最適化エネルギーから、酸化還元電位を算出した。この値は実験値と定性的な一致を示した。
この他に進めた研究内容を以下に示す。
・アセトンーメタノール混合溶液において、混合比に対する電気化学ゼーベック係数αの実測、紫外可視吸収分光測定を系統的に行った。
・さまざまな有機溶液に対するα、有効イオン伝導度を実測し性能指数ZTを決定した。
・ジメチルスルホキシド溶液において温度変化によってFeイオン周りの配位状態を制御しV、αの実測、紫外可視吸収分光測定を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、X線吸収分光によって有機溶媒中のFeイオン周りの局所構造を調べた。また、量子化学計算によってさまざまな有機溶媒が配位した際の酸化還元電位を求めた。X線吸収分光の解析は散乱原子がガウス分布であることを仮定しており、disorderな系では配位数を過少評価してしまう問題点が存在する。よってさらに詳細に局所構造解析を行うために、系統的な測定やPDF解析等を行う必要が生じた。
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| 今後の研究の推進方策 |
有機溶媒混合溶液におけるX線吸収分光測定を行う。また、PDF解析によって動径分布関数を求め、結合長の揺らぎに関する情報を得る。また、これまでに得られたデータをまとめ原著論文の執筆を行う。
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