Construction of innovative proton conductors by precise structural control of inorganic-organic hybrid crystals
| Project/Area Number |
21K05232
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
伊藤 建 東海大学, 理学部, 教授 (50376935)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小口 真一 東海大学, 理学部, 准教授 (90580499)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 無機－有機ハイブリッド / 層状結晶 / ポリ酸 / 界面活性剤 / イオン液体 / 伝導性 / プロトン伝導 / 結晶 |
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| Outline of Research at the Start |
燃料電池は環境負荷低減の観点から種々の動力源として期待される。水素－酸素型燃料電池の車載向け利用には、100℃以上の中温領域・無加湿条件下で機能する高性能プロトン伝導体が必要である。我々は、伝導性無機クラスター（ポリ酸）と界面活性剤から、プロトン伝導性を発現する無機－有機ハイブリッド結晶を合成してきた。本研究では、ポリ酸－界面活性剤ハイブリッド結晶のプロトン含有量と伝導パスとなるポリ酸の配列を精密に制御して、中温領域・無加湿条件下で高プロトン伝導性を発現させることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
タングステンやモリブデン、バナジウムのオキソ酸水溶液に界面活性剤溶液を加え、無機－有機ハイブリッド結晶を合成した。合成溶液の液性（pH）や、結晶化の条件（溶媒、pH、温度など）を精密に制御することにより、複数種の無機－有機ハイブリッド結晶を得た。単結晶X線構造解析の結果から、いずれも新規化合物であることを見出した。
タングステン、モリブデン、バナジウムいずれのポリ酸アニオンについても、イオン液体系界面活性剤を用いることにより、ハニカム（蜂の巣）状にポリ酸アニオンが配列して1次元トンネル構造を有する無機－有機ハイブリッド結晶が得られた。界面活性剤に含まれる軽元素が一部ディスオーダーしているためか、完全な構造決定には至っていないが、高プロトン伝導性が発現する可能性があり、今後の材料設計に有用な知見であると考えられる。
またユーロピウムなどの希土類含有型ポリ酸と両親媒性アミンを用いることでも、層状構造をもつ無機－有機ハイブリッド結晶を合成できた。元素分析を含めて完全な構造決定ができており、その結果プロトンを含むことが明らかとなった。この無機－有機ハイブリッド結晶についても、200 ℃付近まで安定なので、中温領域（＞100 ℃）での高プロトン伝導性の発現が期待できる。
有機カチオンとして長鎖アルキルアンモニウムを用いた場合は、モリブデンのポリ酸アニオンを用いた場合に、カリウムイオンやルビジウムイオンを含有するハイブリッド結晶を得ることができた。現在構造解析をすすめているところである。これらのハイブリッド結晶は明確な組成をもつので、イオン伝導性の発現が期待できる。
実施期間を通じて、数多くのプロトン含有型無機－有機ハイブリッド結晶の合成と構造解析に成功した。高プロトン伝導性を発現する材料も見出しており、さらなる高プロトン伝導性の発現につながる成果を得た。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
