creation and exploration of innovative thermal energy storage system by using covalent organic frameworks

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共有結合性有機骨格（COF）とは，基本単位となる分子を縮合させて生成されたナノスケールの細孔をもつ結晶性有機固体材料である．その高い熱安定性と構造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，熱工学への応用が殆ど検討されていない．本研究では，COFの骨格への水蒸気吸着による発熱を用い，COFをホスト材とした新規な水蒸気吸着蓄熱材料の創出を追求している．そのため，COFの水蒸気吸着特性，および，その影響因子を明らかにすることが重要である．本研究では，(1) 水蒸気吸着蓄熱に関するCOFの諸特性を明らかにし，COFの熱工学への応用を開拓すること，(2) COFのナノ細孔内部に水分子を吸着した複合系の吸着熱を明らかにした上，COFを用いた新しい水蒸気吸着蓄熱材料を創出すること，を目的としている．本年度は，申請者が応募時研究計画書に記載した目的(1)と(2)について，研究を行って以下の成果を得た．目的(1)については，既報のCOFである「COF-300」を用い，その水蒸気吸着特性（水蒸気吸着等温線，水蒸気吸着エンタルピー）を測定により明らかにした．また，COF-300の水蒸気吸着によるCOFの骨格収縮に着目し，その収縮に消費される弾性エネルギーが水蒸気吸着エンタルピーへの寄与を分子動力学計算により解釈できた．本成果は国際および国内会議で口頭発表し，The 13th Asian Thermophysical Properties Conference (13th ATPC)においてはBest Presentation Awardを受賞した．目的(2)については，応募時に創製が成功した新規COFの結晶構造を明らかにした上で，水蒸気吸着特性の測定と評価を開始した．これらの結果に基づいて，次年度以降のCOF構造の設計指針として研究を展開することが可能となった．