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多孔性錯体ネットワークを利用したイオン伝導の自在制御

Research Project

Project/Area Number 12J01150
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional materials chemistry
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

梅山 大樹  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords配位高分子 / プロトン伝導 / 高圧測定 / 固液相転移 / 多孔性錯体 / 多孔性配位高分子
Outline of Annual Research Achievements

プロトン伝導性配位高分子に高圧を印加し、プロトン伝導度がどのように影響されるかを評価した。また、この配位高分子が示す固液相転移に着目し、液体・ガラス状態の構造についても評価した。

高圧下でのプロトン伝導度の評価は、DIA型の油圧プレスに電極を取り付け、in situでインピーダンス測定が行える条件下で行なった。この結果、1 GPaから3 GPaまでの加圧でプロトン伝導度が急速に減少し、常圧に比べおよそ1000倍低くなることが分かった。この現象を解明するため、Spring-8にて高圧下での粉末X線回折測定を行ない、構造評価を行なった。この測定には川井型の圧力発生装置を用い、白色X線を光源として用いた。この結果、配位高分子は1 GPaの加圧で格子の圧縮と同時に結晶性の低下を示すことが明らかとなり、3 GPaでほぼ非晶質化することが分かった。これより、プロトン伝導度の大幅な減少は、圧力による構造の非晶質化と相関があることが分かった。

配位高分子の固液相転移に関しては、まず異なる配位高分子の示す相転移挙動の比較を行ない、融解するための必要条件を検討した。その結果、融解する配位高分子に共通してみられる特徴として、構成要素の高いイオン性と、低い配向異方性が液体状態を安定化する鍵であることが見出された。前者は金属イオンと配位子のエンタルピー相互作用、後者は分子配向のエネルギー縮退によってエントロピー安定化を稼いでいる。固液相転移のメカニズムを明らかにするため、液体・ガラス状態の構造についても詳細な解析を行なった。液体状態については融点以上でのNMR測定を行ない、配位結合が動的に交換していることで液体としてのマクロな流動性が現れていることが分かった。ガラス状態についてはPDF解析を行ない、配位子による剛直な架橋構造が存在する、すなわち非晶質な配位高分子構造を保っていることが分かった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] 1.Reversible Solid-to-Liquid Phase Transition of Coordination Polymer Crystals2015

    • Author(s)
      Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Munehiro Inukai, Tomoya Itakura, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 137 Issue: 2 Pages: 864-870

    • DOI

      10.1021/ja511019u

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Pressure-induced Amorphization of a Dense Coordination Polymer and Its Impact on Proton Conductivity2014

    • Author(s)
      Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Cedric Tassel, Hiroshi Kageyama, Yuji Higo, Keisuke Hagi, Naoki Ogiwara, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 2 Issue: 12 Pages: 124401-124401

    • DOI

      10.1063/1.4898806

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Post-synthesis modification of a porous coordination polymer by LiCl to enhance H+ transport2013

    • Author(s)
      Satoshi Horike, Yusuke Kamitsubo, Munehiro Inukai, Tomohiro Fukushima, Daiki Umeyama, Tomoya Itakura, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Jollrnal of the American Chemical Society

      Volume: 135 Issue: 12 Pages: 4612-4615

    • DOI

      10.1021/ja3122872

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ion Conductivity and Transport by Porous Coordination Polymers and Metal-Organic Frameworks2013

    • Author(s)
      Satoshi Horike, Daiki Umeyama, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Accounts of Chemical Research

      Volume: 46 Issue: 11 Pages: 2376-2384

    • DOI

      10.1021/ar300291s

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Integration of Intrinsic Proton Conduction and Guest-accessible Nanospace into a Coordination Polymer2013

    • Author(s)
      Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Munehiro Inukai, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 135 Issue: 30 Pages: 11345-11350

    • DOI

      10.1021/ja4051668

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Inherent Proton Conduction in a 2D Coordination Framework2012

    • Author(s)
      Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Munehiro Inukai, Tomoya Itakura, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 134 Issue: 30 Pages: 12780-12785

    • DOI

      10.1021/ja304693r

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coordination-Network-Based Ionic Plastic Crystal for Anhydrous Proton Conductivity2012

    • Author(s)
      Satoshi Horike, Daiki Umeyama, Munehiro Inukai, Tomoya Itakura, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 134 Issue: 18 Pages: 7612-7615

    • DOI

      10.1021/ja301875x

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of post-grafted groups of a porous coordination polymer and its proton conduction behavior2012

    • Author(s)
      Munehiro Inukai, Satoshi Horike, Daiki Umeyama, Yuh Hijikata, Susumu Kitagawa
    • Journal Title

      Dalton Transcription

      Volume: 41 Issue: 43 Pages: 13261-13263

    • DOI

      10.1039/c2dt31836a

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Structures and Properties of Ionic-liquid Coordination Polymers2014

    • Author(s)
      Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Munehiro Inukai, Susumu Kitagawa
    • Organizer
      4th CSJ Chemistry Festa
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      2014-10-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Reversible Solid-liquid Phase Transition of Protonic Coordination Polymers2014

    • Author(s)
      梅山大樹
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      2014-03-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structures and Properties of Ionic-liquid Coordination Polymers2013

    • Author(s)
      梅山大樹
    • Organizer
      第4回イオン液体討論会
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2013-11-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Proton Conductive Behavior Based on Composite of Porous Coordination Polymer and Nitrogen-containing Compound2013

    • Author(s)
      梅山大樹
    • Organizer
      19th Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      京都国際会館
    • Year and Date
      2013-06-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 応答性プロトン伝導のための配位空間の設計2013

    • Author(s)
      梅山大樹
    • Organizer
      日本化学会第93春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
    • Year and Date
      2013-03-22
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis and Characterization of One-dimensional Coordination Polymer with Protonic Phase Transition2012

    • Author(s)
      梅山大樹
    • Organizer
      錯体化学会第62回討論会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県)
    • Year and Date
      2012-09-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis and Characterization of Coordination-Polymer based Proton Conductors2012

    • Author(s)
      梅山大樹
    • Organizer
      Solid State Protonic Conductors 16
    • Place of Presentation
      MINATEC (Grenoble, France)
    • Year and Date
      2012-09-10
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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