| 研究課題/領域番号 |
23K23173
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01905 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
二村 竜祐 信州大学, 学術研究院理学系, 助教 (90647223)
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| 研究分担者 |
飯山 拓 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (30313828)
関口 龍太 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60806222)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2022年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
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| キーワード | ナノポーラス材料 / イオン液体 / 相転移 / ガス分離 / 結晶‐液体相転移 / π共役系 / 融解挙動 / ガス吸着能 / 結晶-液体相転移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では『液体であるナノカーボン』の創成を分子ナノカーボンとイオン液体との融合によって達成する。我々はこれを流動性ナノカーボンと名付けた。流動性ナノカーボンは室温近傍で結晶から液体への一次相転移を示す、これまでに例のないナノ空間材料である。我々独自の手法である3次元液体構造解析法により、流動性ナノカーボンのガス分離・貯蔵における機能性を分子レベルで明らかする。本研究の最終目標として、流動性ナノカーボンの固液相転移を能動的に利用することで初めて可能となる、室温近傍というエコな温度制御での新規ガス分離・貯蔵・供給システムを開発し、『未来形の環境・エネルギー問題の解』を提案する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では新奇機能性材料である流動性ナノカーボンを、①『分子ナノカーボンを骨格に有するイオン液体の合成』により達成する。そして、②基礎物性を評価（融点、ガス吸着能、光学特性等）し、独自の手法である③3次元液体構造解析により機能性を分子レベルで明らかにする。さらに最終目標として、④流動性ナノカーボンの相転移現象を能動的に利用することで初めて可能となる、省エネルギーなオンサイトガス分離・貯蔵システムを開発する。2年目の本年度は、特に①～④の全体にわたった研究を行った。
①シクロパラフェニレンを骨格に含むイオン液体の多段階による合成経路を計画した。現在進行形で合成を試みている。一方で、これまでに合成したπ共役系イオン液体の熱処理によりミクロ孔からメソ孔にわたる広い細孔径分布を有する多孔性カーボンが得られることが明らかになった。流動性ナノカーボンの研究の新たな方向性への展開に期待が持てる。
②カチオンとアニオンの両方にπ共役系置換基を有する新規イオン液体の合成を行い、その熱的特性について検討を行った。合成した1-methyl 3-phenylimidazolium Benzoateは、カチオンーアニオン間のππ相互作用のために高融点化することを明らかにし、また平面性の高いイオンペア構造由来の液晶性をもつイオン液体である可能性を示した。さらに、合成した流動性ナノカーボンの光特性の評価のために蛍光測定装置を購入した。
③ベンゼン及びナフタレン骨格を有するπ共役系イオン液体のX線散乱測定を行った。小角散乱領域にドメイン形成を示すプレピークが現れ、π共役系置換基の大きさに関わらず、π共役系置換基同士が隣接したドメイン構造を形成していることが明らかとなった。
④昨年度購入したガスクロマトグラフ装置を検出器とした、ガス分離装置を開発した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2年目の研究において、環状の分子を骨格に含むイオン液体の合成について合成経路をたてたが、合成には至っていない。共同研究者である関口の協力の下3年目も合成を試みる。一方で、本研究で合成したπ共役系イオン液体は蛍光発光性と電場応答性を併せ持ち、これらを能動的に利用することで、光エネルギーを電気エネルギーへと変換できる新しい応用性へと展開し得ることが分かってきた。今後はこちらについても並行して研究を行う。多孔性材料の有するナノ空間にπ共役系イオン液体を導入した複合材料の合成と、その特異な機能性評価による新たな展開にも期待が持てる。
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| 今後の研究の推進方策 |
3年目は①－④の全体にわたる研究を引き続き行い、本研究をさらに進展させる。
①引き続き環状構造を有するイオン液体の合成を行うことに加え、これまでに合成したπ共役系イオン液体の高い有機蒸気溶解性の評価や、π共役系イオン液体から得られる新規多孔性カーボン材料の応用へと展開させる。
②合成したπ共役系イオン液体をメソポーラスシリカ細孔中に導入することで多孔性材料に光応答性を付与することに成功しており、高感度光センサーとしての応用性が期待できる。DSC測定による細孔中でのイオン液体の融解挙動の検討や、π共役系イオン液体の光電変換デバイスへの展開に関する検討を行う。
③π共役系イオン液体が示す光応答性と液体構造の関係を明らかにするために、本研究により確立した合成手法で種々のπ共役系置換基を有するイオン液体を合成する。合成したイオン液体を用いてπ共役置換基と液体構造の関係さらにはその発光特性の関係を明らかにする。
④開発したガス分離装置を用いて、π共役イオン液体及びその複合材に対し温度や電圧といった外場印加を加えることによる能動的なガス分離へとつなげる。
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