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高性能水素貯蔵材料としてのホウ素－炭素－窒素系多孔質高分子の研究

硼-碳-氮多孔聚合物高性能储氢材料的研究

基本信息

批准号：
12F02209
负责人：
徐強
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02209/
关键词：
水素水素貯蔵エネルギー

项目摘要

来る水素エネルギー社会を支えるキーテクノロジーとして、高効率水素貯蔵技術の確立が求められている。これまで各種水素貯蔵材料が検討されてきたが、重量・体積当たりの水素密度が低いこと、リサイクル性、反応温度・速度、分離・回収技術等の問題がネックとなっている。最近、多孔質金属配位高分子材料による水素貯蔵が盛んに研究されているが、フレームワークと水素との相互作用が弱く、十分な水素吸蔵量を得るには低い吸蔵温度が必要である。そのために、水素との相互作用が強く、高密度水素を可逆的に吸蔵・放出できる水素貯蔵材料の開発が求められている。本研究では、ホウ素－炭素－窒素(BCN)系多孔質フレームワークを有望な水素貯蔵材料として取り上げ、高性能可逆的水素貯蔵技術の確立を目的としている。カーボンフレームワークへのN-ドープが水素貯蔵能に与える効果をより明らかにするために、窒素成分を多く含む金属配位高分子ZIF-8をテンプレートと前駆体として、フルフリルアルコールとNH4OHをそれぞれ第2の炭素源と窒素源として用いて、600, 800 と1000 °C でアルゴン雰囲気下で熱処理させることにより、高い表面積を有し、N-ドープされた多孔性炭素試料NC600, NC800 とNC1000を合成した。処理温度の上昇につれて、ドープしたN-成分の量が減少することが分かった。試料NC1000は低いN 含有量(0.7 wt%) と高い比表面積 (3268 m2 g-1) を有し、最も高い水素吸蔵量(254 cm3/g (STP) , 77 K, 1 atm)を示す。試料NC600は最も低い比表面積(455 m2/g) と最も高いN 含有量(25.9 wt%) を有し、中程度の水素吸蔵量(106 cm3/g ) を示す。試料NC800 は中程度の比表面積 (1546 m2/g) と N 含有量(14.7 wt% N ) を有し、高い水素吸蔵量(199 cm3/g) を示す。これらの結果から、比表面積と窒素含有量はともに吸着能に大きく影響することが明らかになった。

In the future, water element production will be supported by society, and high-efficiency water element storage technology will be established. There are many problems with various water storage materials, such as low water density in terms of weight and volume, high stability, reaction temperature and speed, separation and recovery technology, etc. Recently, porous metal coordination polymer materials have been studied for water storage. The interaction between water and element is strong, high density, reversible, absorption and release, and the development of water storage materials is sought. The purpose of this study is to establish a high performance reversible water storage technology for porous BCN materials. While the N-DE-P in the Kanton-Fairawak area can provide clear results in water storage, the metal coordination polymer ZIF-8 is used as a precursor and precursor of the N-DE-P, and the second carbon source and element source are available for use. The N-DE-P can be heat treated at 600, 800 and 1000 °C under ambient conditions. The porous carbon samples NC600, NC800 and NC1000 were synthesized with high surface area and N-2. The amount of N-component decreases due to the increase of treatment temperature. Sample NC1000 has a low nitrogen content (0.7 wt%), a high specific surface area (3268 m2 g-1), and a high water absorption (254 cm3/g (STP) , 77 K, 1 atm). Sample NC600 has the lowest specific surface area (455 m2/g), the highest nitrogen content (25.9 wt%), and a moderate water absorption (106 cm3/g ). Sample NC800 has medium specific surface area (1546 m2/g), N content (14.7 wt% N ), high water absorption (199 cm3/g). The results show that the specific surface area and the content of nitrogen are greatly affected by the adsorption energy.