持続可能な電荷貯蔵に向けた有機・高分子レドックス材料の結合と分解の化学

用于可持续电荷存储的有机和聚合氧化还原材料的结合和分解化学

基本信息

批准号：
22K14732
负责人：
岡弘樹
金额：
$ 3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14732/
关键词：
機能性有機材料電荷貯蔵持続可能性

项目摘要

1. 可逆なレドックス能を有する有機多孔質材料の創出とデバイスへの展開有機レドックス分子の一種であるアントラキノンを構成要素とする有機多孔質材料を新規に合成した。同多孔質材料自体は導電性を持たないため、その空孔内で導電性高分子を重合することで導電性を付与した。同材料は、酸性水電解液中で負極材料としてほぼ理論容量通りで動作した。同材料を負極として使用し、高い出力・耐久性をもつ有機空気二次電池をはじめて実証した（J. Mater. Chem. A 2023、Hot paperに選出）。なお、本成果の一部は、スウェーデン・ウプサラ大との共同研究によるものである。2. 電荷貯蔵能と温和な分解能の双方を併せ持つ有機・高分子レドックス材料の創製有機レドックス分子の一種であるビオロゲン誘導体が、電解質水溶液中にて可逆に酸化還元可能で、生体分子を原料として調製可能である4,4’-ビピリジンから環境適合な簡便に合成できることを見出した。さらに、同ビオロゲン誘導体が温和な低温熱処理（～200℃）で分解、80％以上の高収率で原料である4,4’-ビピリジンを再生することも見出した。以上から、電荷貯蔵能と温和な分解能の双方を併せ持つ有機・高分子レドックス材料の創製に成功した。これらの成果をまとめた論文を、現在、国際科学誌に投稿・修正中である。

1. 具有可逆氧化还原能力的有机多孔材料的制备及其在器件中的应用合成了一种含有蒽醌（一种有机氧化还原分子）的新型有机多孔材料。由于多孔材料本身不具有导电性，因此通过在其孔内聚合导电聚合物来赋予导电性。该材料在酸性水性电解质中几乎以其理论容量用作负极材料。使用相同的材料作为负极，我们首次展示了具有高输出和耐久性的有机空气二次电池（J. Mater. Chem. A 2023，被选为热门论文）。这一成果的部分成果是与瑞典乌普萨拉大学联合研究的结果。 2. 创造兼具电荷存储能力和温和分辨率的有机/聚合物氧化还原材料紫精衍生物是有机氧化还原分子的一类，在电解质水溶液中可可逆地氧化和还原，可以以生物分子为原料制备我们发现它可以很容易地以环境友好的方式由4,4'-联吡啶合成。此外，他们发现相同的紫罗碱衍生物可以通过温和的低温热处理（~200℃）分解并再生原料4,4'-联吡啶，收率高达80%以上。综上所述，我们成功地创造了一种兼具电荷存储能力和温和分辨率的有机/聚合物氧化还原材料。目前正在向国际科学期刊提交并修订一篇总结这些结果的论文。