Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究の目的は、生体膜のプロトン勾配によるエネルギー生産およびニューロンのシナプスでの信号伝達にヒントを得て、pKa差およびレドックス電位差をもつプロトン共役電子移動（ＰＣＥＴ）する錯体ナノ構造体をヘテロ接合させ、光、電子など外部摂動により界面でのプロトン移動を誘起して生成する非対称分極によるプロトン濃度差を情報としてメモリ・蓄電できる集積分子デバイスを創成する。また、様々なプロトン伝導物質を用いてプロトンの移動がメモリとなる新しいプロトンメモリスタの動作指針を探索する。さらには、本ヘテロ接合での外部信号によるメモリ・蓄電と、生体のシナプスによる記憶との等価性について考察する。
プロトン・イオン移動を電荷貯蔵・情報記憶の媒体として利用するために、プロトン共役電子移動 (PCET) 反応を示す金属錯体あるいは金属酸化物を利用した分子メモリスタの創製を目指した。PCETを示す2種類のルテニウム錯体積層膜で修飾した２つの電極間での酸化還元電位の差と分子のレドックスに伴うpKa値の変化を、プロトン伝導性を持つpoly(4-vinylpyridine) ポリマーで接合した二端子デバイスの電流―電圧(I-V)特性はヒステリシスをもつ非線形のI-V特性を示し、レドックスに伴うプロトン濃度勾配をプロトン伝導の駆動力とする抵抗変化型スイッチングによるプロトンメモリスタの創製に成功した。また、プルシアンブルー (PB)とRu二核錯体とのヘテロ接合膜での電位勾配を利用した電子の整流性とPBの空孔内へのイオン移動の組合せによるイオン貯蔵を二次電池に応用できることを見出した。次に、プロトン伝導性をもつ液体MOFである[Zn(HPO4)(H2PO4)2](ImH2)2 (Im: イミダゾール, 以後Zn-MOFと略す)とＰＣＥＴ反応WO3 + e- + nH+ ＝HnWO3を示すWO3を組み合わせたヘテロ接合膜ITO||ZnMOF/WO3||Wを作製した。このヘテロ接合型二端子デバイスのI-V特性は非線形であり、電位掃引により特徴的な８の字型ヒステリシスが観測された。Zn-MOF中にＲｕトリスビピラジン錯体[Ru(bpz)3]2+をドープしたITO||ZnMOF（[Ru(bpz)3]2+doped）/WO3||Wの二端子デバイスは可視光応答性を示した。以上の結果は、ZnMOF中にドープした[Ru(bpz)3]2+が光MLCT励起状態では錯体の塩基性が増し、プロトンの授受を仲介し、MOF内でのプロトン伝導を促進することでプロトンメモリスタの光制御が可能となった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 2 results) Book (1 results)
Electrochimica Acta
Volume: 362 Pages: 137090-137090
10.1016/j.electacta.2020.137090
J. Mater. Chem. C,
Volume: 7 Issue: 40 Pages: 12491-12501
10.1039/c9tc04192c
Faraday Discussions
Volume: 213 Pages: 99-113
10.1039/c8fd00098k
Angew. Chem. Int. Ed.,
Volume: 58 Issue: 25 Pages: 8463-8467
10.1002/anie.201903117
DALTON TRANS.
Volume: 48 Issue: 40 Pages: 15212-15219
10.1039/c9dt03392k
