多孔性配位高分子へのリチウム導入による新規水素貯蔵材料の創製

将锂引入多孔配位聚合物制备新型储氢材料

基本信息

批准号：
09J08007
负责人：
久保優
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J08007/
关键词：
水素貯蔵材料多孔性配位高分子リチウムリチウム担持

项目摘要

本研究では多孔質材料への新しいリチウム導入手法を確立し、リチウム導入により水素吸着量及び水素吸着熱の増加を達成し、実用に耐えうる新規水素貯蔵材料の開発につなげることを目的とした。対象とする多孔質材料として、金属イオンと有機配位子の架橋によって構成される多孔性配位高分子(PCP)に着目した。PCPは優れた細孔特性を有するため、水素貯蔵材料として有望視されている。このPCPにリチウムを導入することによって室温で十分な量の水素を貯蔵することが可能であると期待されている。前年度までにPCPにリチウム塩の溶液を含浸した後、熱処理によってアニオン種のみを脱離させリチウムを導入する手法を開発した。それによって水素吸着量の増加が確認された。本年度ではPCPにあらかじめリチウム交換サイトとして水酸基を組み込み、プロトンをリチウムと交換することによってリチウムを導入することを検討した。水酸基が組み込まれたPCPはほとんど報告がなかったため、Zn2+とテレフタル酸(BDC)によって構成されるMOF-5に水酸基を組み込むことをまず行った。MOF-5の合成時に用いる有機配位子であるBDCの一部を2-ヒドロキシテレフタル酸(HBDC)に置き換えることによって水酸基導入MOF-5(MOF-5-OH)の合成を行った。含まれるHBDCの量は0~54.2%の領域で制御が可能である。またHBDCが組み込まれることによって水素吸着量が増加した。また80℃においては最適な反応時間があり72時間ほどで組み込まれるHBDC量、収率が極大となった。その後、リチウムtert-ブトキシド(LiOtBu)およびリチウムジイソプロピルアミド(LDA)を用いてリチウム交換を行った。水素吸着量はリチウム導入によって1.23wt%から1.34wt%に増加した。また単位面積当たりの水素吸着量も1.24molecule/nm2から1.35molecule/nm2に増加した。また図4に示す水素吸着熱もリチウム導入によって5.07-4.22kJ/molから5.49-4.72kJ/molに増加した。以上のことからリチウム導入により水素吸着量、水素吸着熱の増加が確認された。細孔構造を崩壊させずに導入するリチウム量を増加することが出来れば、より水素吸着量、水素吸着熱の増加が期待できる。

本研究的目的是建立一种将锂引入多孔材料的新方法，通过引入锂来增加氢吸附量和氢吸附热，从而开发出能够承受实际使用的新型储氢材料。作为感兴趣的多孔材料，我们重点关注多孔配位聚合物（PCP），它由金属离子和有机配体之间的交联组成。 PCP具有优异的孔隙特性，因此被认为是一种有前途的储氢材料。预计通过将锂引入到这种PCP中，将有可能在室温下储存足够量的氢气。去年，我们开发了一种方法，将PCP用锂盐溶液浸渍，然后通过热处理仅除去阴离子物种并引入锂。这证实了氢吸附量的增加。今年，我们考虑通过预先将羟基引入PCP作为锂交换位点并与锂交换质子来引入锂。由于PCP掺入羟基的报道很少，我们首先将羟基掺入到由Zn2+和对苯二甲酸（BDC）组成的MOF-5中。通过用2-羟基对苯二甲酸(HBDC)取代部分BDC(用于合成MOF-5的有机配体)，合成了引入羟基的MOF-5(MOF-5-OH)。 HBDC的含量可以控制在0～54.2%的范围内。此外，通过掺入HBDC，氢吸附量增加。此外，反应时间在80℃时最佳，HBDC的掺入量和产率在约72小时内达到最大值。此后，使用叔丁醇锂(LiOtBu)和二异丙基氨基锂(LDA)进行锂交换。随着锂的引入，氢吸附量从1.23wt%增加到1.34wt%。此外，单位面积的氢吸附量从1.24分子/nm2增加到1.35分子/nm2。此外，通过引入锂，图4所示的氢吸附热从5.07-4.22kJ/mol增加到5.49-4.72kJ/mol。由上可知，氢吸附量和氢吸附热随着锂的导入而增加。如果可以在不破坏孔隙结构的情况下增加锂的引入量，则可以预期氢吸附量和氢吸附热的增加。