| 研究課題/領域番号 |
22KJ1306
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| 補助金の研究課題番号 |
22J13852 (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19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
WANG XIAOHAN 東京工業大学, 工学院, 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 |
完了 (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 | 共有結合性有機骨格 / 多孔性材料 / 蓄熱エネルギー / 水蒸気吸着 / 結晶成長 / 多孔質材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
共有結合性有機骨格（COF）は，近年出現したナノスケールの周期構造をもつ結晶性多孔材料であり，その高い熱安定性とデザイン自由度から多くの応用が提案されている．しかし，熱工学への応用に関する検討は極めて少ない．本研究では，COFの細孔内部への水蒸気吸着を用い，新規な蓄熱エネルギー材料系の創製に取り組んでいる．具体的に，原料分子のデザインから出発し，水蒸気吸着に適する新規なCOFを創製する．COFの水蒸気吸着に関する諸特性を計測により明らかにする．さらに，生成したCOFの骨格構造と蓄熱に関する特性との相関を明らかにした上，COFをホスト材とした蓄熱エネルギー材料系の設計指針を得る計画である．
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| 研究実績の概要 |
共有結合性有機骨格（COF）とは，ナノスケールの周期構造をもつ多孔性材料であり，その高い安定性と高いデザイン自由度から多彩な応用が提案されている．しかし，これまでの先行研究は殆ど化学者によって行われ，COFの熱工学への応用に関する検討はされていない．本研究では，水分子がCOF骨格への吸着によって放出される吸着エンタルピーを利用し，COFをホスト材とした水蒸気吸着蓄熱材料系の創製に取り組んでいる．そのため，COFの水蒸気吸着特性，および，その特性における影響因子を明らかにすることが必要となる．
本研究では，(i) 水蒸気吸着による蓄熱系に関するCOFの諸特性を測定によって明らかにし，COFの熱工学への応用を開拓すること，および，(ii) COFの水蒸気吸着特性を明らかにした上，新しい水蒸気吸着蓄熱材を創出し，その設計指針を得ることを目的としている．
本年度は，目的(i)と(ii)について，研究を行って以下の成果を得た．目的(i)について，既報の3次元COFであるCOF-300を用い，その結晶成長における温度の影響を検討した．本成果は，The 17th International Heat Transfer Conferenceにおいて発表した．また，COF-300の水蒸気吸着特性における結晶サイズの影響を研究し，その知見を第60回日本伝熱シンポジウムにおいて報告した．目的(ii)について，応募時に創製が成功した一連の新規COFが互いに異なるトポロジーをもつ骨格異性体であることを明らかにし，各異性体の熱力学的な安定性を解明した．また，これらの新規COFは水をほとんど吸着しないことを明らかにし，その理由を議論して，今後のCOF構造の設計に対して指針を提供した．当該成果は，学術誌「Journal of the American Chemical Society」に発表された．
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