| 研究課題/領域番号 |
26870663
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
吉田 曉弘 神奈川大学, 工学部, 助教 (30514434)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 水素貯蔵材料 / 共役系高分子 / 金属水素化物 |
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| 研究実績の概要 |
申請者らは、先行研究においてLiH/ポリアセチレン複合材料(以下、LiH/PA)が、LiH単独時の800℃以上という温度に比べてはるかに低温の300℃という温度で水素を放出することから、水素吸蔵材料として有用な材料となることを明らかにしてきた。昨年度の研究において、LiH/PAにおける水素放出機構について、ラマン分光法、電気伝導度測定、同位体実験等の結果を総合して検討したところ、当初の予測通り、LiHのヒドリド上の電子がPAの共役鎖上に移動することで水素放出が進行することを明らかとした。この結果をまとめたものは、Chem. Mater.誌に受理され、既に公開されている。
さらに、ポリアセチレン同様の共役系炭化水素ポリマーである、ポリパラフェニレンやポリジフェニルアセチレンをLiHの複合体を合成し、LiH/PA同様に水素吸放出特性を検討したところ、ポリパラフェニレンとLiHの複合体が他の複合体よりも著しく高い水素吸放出繰り返し特性を示すことを明らかとした。熱的、化学的安定性が高い芳香環が単結合で連結されたポリパラフェニレンは、耐熱性が極めて高い高分子であることが知られていることから、水素吸放出時のポリマー熱分解と熱分解物とLiHの反応による不活性化が十分に抑制されたことが高い水素吸放出繰り返し耐性の発現につながったものと推測される。この結果は、J. Phys. Chem. C誌に受理され、既に掲載されている。当初の計画では、様々な構造のポリマーとLiHを複合化させることで、より低温で水素を放出する材料を開発することを目標としていたが、昨年度比較検討した３種の材料は、いずれも水素放出に300℃程度の温度が必要であり、ポリマー鎖の構造と水素放出温度の相関関係は見いだされなかった。しかしながら、繰り返し特性についてはポリマー鎖の構造に大きく依存することが明らかとなった。
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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
昨年度の研究結果により、本研究を開始する契機となったLiH/PA複合材料における水素吸放出現象について、その反応機構をおおよそ明らかとすることに至った。共役系高分子材料と金属水素化物の複合材料における水素吸放出機構の解明は本研究の目標の一つであるが、上述の成果は、このうち、水素放出側の機構を明らかにするもので、目標の一部が達成されたと考えることができる。
また、ポリマー構造や金属水素化物の種類を変えることで、水素放出温度や水素吸蔵速度の支配因子を検討することを本研究のもう一つの目標として掲げている。三種類の構造の異なるポリマーとLiHの複合体の水素放出特性を比較したところ、いずれもほぼ同様の温度で水素を放出したことから、当初、目論んでいたポリマー構造と水素放出温度の相関は見いだされなかったが、一方で、水素吸放出繰り返し特性がポリマー構造によって大きく異なることが明らかとなった。これは、当初の目論見とは異なる知見ではあるが、実用的な水素吸蔵材料にとって、高い繰り返し特性は必須の要素であることから、本知見は極めて重要な成果と考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度に引き続き、様々な高分子材料とLiHの複合化を行い水素放出特性を検討することで、ポリマー構造と水素放出温度、水素放出速度、水素吸放出繰り返し特性といった水素吸蔵材料の基本特性をポリマー構造との相関についての知見を得ることを目指す。一方で、昨年度までは金属水素化物としてLiHのみを使用してきたが、今年度からはアルカリ金属、アルカリ土類金属等の水素化物や複合金属水素化物とポリマーの複合体を合成し、これらの水素吸放出特性について検討することで、金属イオン種が水素吸放出特性に与える影響についても検討する。特に重要な点としては、金属水素化物に対して等量のポリマー添加量を必要とする系ではなく、金属水素化物に対して少量のポリマーを添加するだけで、水素放出特性が改善する系を見出すことである。これにより、添加物の相対的な重量を減らすことで、高い重量当たりの水素吸放出容量を示す材料の開発を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度に導入した、水素吸放出サイクル試験装置が、当初の予測よりも割安に入手できた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
当該の水素吸放出サイクル試験装置は、特注で製作したものであるが、一年間の使用を通して、制御ソフトウェア等への改修を希望する箇所が見つかっているため、その費用に充当する。
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