Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
申請者が独自開発した水圏機能材料であるフラーレン分子超薄膜について，薄膜内の二次元水ネットワークの構造特性を明らかにし，高速イオン輸送などの物性開拓を行う．共同研究を中心とした各種分析手段を駆使してナノレベルでの水ネットワークの構造を解明する．さらに将来の応用を目指して，フラーレン部位および水NW部位を通したキャリア伝導特性など，材料としてのポテンシャルの評価を行い，この材料の特質を行かせる応用展開を見極めその道筋をつけることを研究期間内での目標とする．
グラフェン，MXeneをはじめとする二次元材料はその特異的な物性や機能性から多くの注目を集めている．中でも，二次元材料の層間にイオンや分子が挿入（インターカレート）された層状物質はバッテリーや電池への応用の観点から近年活発に研究が行われている．しかし，インターカレート構造を有する二次元物質の作製における精密な構造・膜厚（層数）制御や実用的な均一性，サイズおよび強度の実現という点において未だ課題が多い．本研究では，ボトムアップ法による簡便かつ精密なインターカレート構造の作製法を確立することを目的とし，多点の水素結合性部位を有する低分子の自己集合により，高い強度と柔軟性を併せ持つ二次元インターカレート構造を構成単位とする膜厚制御可能な超薄膜の作製を目指した．我々は，５つの置換基を持ち擬五回対称性を有する円錐型[60]フラーレン分子がその対称性に由来して安定な非晶質相を提示することに基づき，カルボキシル基を水素結合部位として5つ有する円錐型フラーレン両親媒性分子（CFA）を気液界面で集積化することにより，劈開面を持たず柔軟性を有する非晶質分子膜（フラーレンフィルム：FF）を作製することに成功した．単層のFFは3.0 nmの膜厚と最大30 cm2の面積で高い均一性を有する薄膜として得られ，基板状に逐次的およびone-potでの積層も可能であり，さらにはグリッド状基板の上に自立膜として転写することも可能である．各種分析手法により，単層のFFは逆二分子膜構造，すなわち，上下面に疎水性のフラーレン層，内部に水分子を含む水素結合ネットワーク構造を有し，フラーレン層間に水分子が挿入された二次元インターカレート構造であることが明らかとなった．さらに，FF内のカルボン酸および水分子が形成する二次元水素結合ネットワークを介した高いプロトン伝導性も見いだされた．
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Advanced Materials
Volume: - Issue: 22 Pages: 2106465-2106465
10.1002/adma.202106465
Journal of the American Chemical Society
Volume: 143 Issue: 7 Pages: 2822-2828
10.1021/jacs.0c11944
https://samurai.nims.go.jp/profiles/harano_koji
