蓄電機能および磁気抵抗効果を有する錯体クラスターシステムの創製

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 24108716
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 吉川 浩史 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60397453)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2013: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2012: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 錯体クラスター / メソポーラスカーボン / 固体電気化学反応 / 二次電池 / 磁性 / プルシアンブルー / 分子クラスター / 蓄電機能 / グラフェン / ナノ複合体 / 磁気抵抗

Research Abstract

複数の金属イオンと有機配位子からなる多核金属錯体クラスターは、金属イオンのd電子に基づいた多彩な電子・磁気機能を有する物質群であり、これらを効率よく利用することができれば、次世代スピン/エレクトロニクスデバイスに向けた革新的材料を実現することが可能である。本研究では、高性能な電池特性の実現を目的に錯体クラスターとナノカーボンからなる複合体に関する研究を行うとともに、固体電気化学反応を基盤とした錯体クラスターの新規磁気特性開拓にも取り組んだ。
今年度は、細孔構造を有する様々なメソポーラスカーボン(MPC)の作製とその分子クラスターナノ複合体の創製を行った。メソポーラスシリカや様々なゼオライトを鋳型とし、細孔の形状が１次元から３次元まで多岐にわたる様々なMPCの作製に成功するとともに、その分子クラスターとのナノ複合化を行い、蓄電特性を検討したところ、SWNTやグラフェン複合体よりも大きな容量を得ることに成功した。
一方で、in situ固体電気化学-磁気測定システムを独自に開発し、分子磁性体の一つとして多大な注目を集めているプルシアンブルー類似体（PBA）を対象に、固体電気化学反応を利用した新奇磁気特性の開拓（シームレス磁性観測）を試みた。その結果、フェリ磁性体PBAについて、放電過程で転移温度、（飽和）磁化、保磁力などを変化させることができた。また、in situ XAFS分析より、PBA中の金属イオンの還元により、これらの変化を説明できることが分かった。熱や光といった外部刺激によるPBAの磁性変化はよく知られているが、電気化学ポテンシャルに対する外場応答性磁性を新たに実証できた。
このように本研究では、固体電気化学反応を基盤とした錯体クラスターの基礎から応用までの新しい物性を開拓することが出来た。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An Antiaromatic Electrode-Active Material Enabling High Capacity and Stable Performance of Rechargeable Batteries (2014)
  • Author(s): J.-Y. Shin, T. Yamada, H. Yoshikawa, K. Awaga, and H. Shinokubo
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed Volume: 53 Issue: 12 Pages: 3096-3101
  • DOI: 10.1002/anie.201310374
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhanced capacitor effects in polyoxometalate/graphene nanohybrid materials; a synergetic approach to high performance energy storages (2014)
  • Author(s): Keita Kume, Naoya Kawasaki, Heng Wang, Tetsuya Yamada, Hirofumi Yoshikawa and Kunio Awaga
  • Journal Title: J. Mater. Chem. A Volume: 2 Issue: 11 Pages: 3801-3807
  • DOI: 10.1039/c3ta14569g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Storage of an electric field for photocurrent generation in ferroelectric-functionalized organic devices (2014)
  • Author(s): L. Hu, S. Dalgleish, M. M. Matsushita, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms4279
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electron-Transfer Processes in Highly-Correlated Electron Systems of Thiazyl Radicals (2014)
  • Author(s): K. Awaga, K. Nomura, H. Kishida, W. Fujita, H. Yoshikawa, M. M. Matsushita, L. Hu, Y. Shuku, and R. Suizu
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. Volume: 87 Issue: 2 Pages: 234-249
  • DOI: 10.1246/bcsj.20130248
  • NAID: 130004153276
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecule-Displacive Ferroelectricity in Organic Supramolecular Solids (2013)
  • Author(s): H. Ye, Y. Zhang, S. Noro, K. Kubo, M. Yoshitake, Z. Liu, H. Cai, D. Fu, H. Yoshikawa, K. Awaga, R. G. Xiong and T. Nakamura
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 3 Issue: 1 Pages: 2249-2249
  • DOI: 10.1038/srep02249
  • NAID: 120006795651
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solvent-Induced Assembly of Octacyanometalates-Based Coordination Polymers with Unique afm1 Topology and Magnetic Properties (2013)
  • Author(s): J. Qian, J. Hu, J. Zhang, H. Yoshikawa, K. Awaga, C. Zhang
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: 13 Issue: 12 Pages: 5211-5219
  • DOI: 10.1021/cg400909b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Capacitance Effects Superimposed on Redox Processes in Molecular Cluster Batteries : A Synergic Route to High Capacity Energy Storage (2013)
  • Author(s): H. Wang, Z. Zeng, N. Kawasaki, H. Eckert, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • Journal Title: Chem. Eur. J Volume: 19 Issue: 34 Pages: 11235-11240
  • DOI: 10.1002/chem.201300097
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In situ Seamless Magnetic Measurements for Solid-State Electrochemical Processes in Prussian Blue Analogues (2013)
  • Author(s): T. Yamada, K. Morita, H. Wang, K. Kume, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed Volume: 52 Issue: 24 Pages: 6238-6241
  • DOI: 10.1002/anie.201301084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular cluster batteries of nano-hybrid materials between Keggin POMs and SWNTs (2012)
  • Author(s): H. Wang
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 41 Issue: 34 Pages: 9863-9866
  • DOI: 10.1039/c2jm33079b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly efficient organic optoelectronic conversion induced by electric double layers in ionic liquids (2012)
  • Author(s): Bo Li, 他6名
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 100 Issue: 16 Pages: 163304-163304
  • DOI: 10.1063/1.3697988
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electric double layers allow for opaque electrodes in high performance organic optoelectronic devices (2012)
  • Author(s): B. Li, S. Dalgleish, Y. Miyoshi, H. Yoshikawa, M. M. Matsushita, and K. Awaga
  • Journal Title: App. Phys. Lett. Volume: 101 Issue: 17 Pages: 173302-173302
  • DOI: 10.1063/1.4762823
  • NAID: 120006795659
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Utilizing Photocurrent Transients for Dithiolene-Based Photodetection : Stepwise Improvements at Communications Relevant Wavelengths (2012)
  • Author(s): S. Dalgleish, M. M. Matsushita, L. Hu, B. Li, H. Yoshikawa, and K. Awaga
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 134 Issue: 30 Pages: 12742-12750
  • DOI: 10.1021/ja304228c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Above-Room-Temperature Magnetodielectric Coupling in a Possible Molecule-based Multiferroic: Triethylmethylammonium Tetrabromoferrate(III) (2012)
  • Author(s): Hong-Ling Cai
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Issue: 45 Pages: 18487-18490
  • DOI: 10.1021/ja3073319
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 固体電気化学を基盤とした多核金属錯体の機能開拓 (2013)
  • Author(s): 吉川浩史
  • Organizer: 第1回 東北大学卓越大学院研究会「金属錯体の固体物性最前線―金属錯体と固体物性物理と生物物性の連携新領域を目指して－」
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2013-02-04
  • Invited
• [Presentation] 多核錯体クラスターの電子スポンジ機能を利用した二次電池の開発 (2013)
  • Author(s): 吉川浩史
  • Organizer: 錯体化学会第63回討論会
  • Place of Presentation: 琉球大学
  • Invited
• [Presentation] 固体電気化学を基盤とした分子クラスターの機能開拓 (2013)
  • Author(s): 吉川浩史
  • Organizer: 第7回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Invited
• [Presentation] 分子クラスター/ナノカーボン複合体を用いた電気エネルギーデバイス (2013)
  • Author(s): 吉川浩史
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Invited
• [Presentation] Solid-state Electrochemistry of Molecular Clusters (2013)
  • Author(s): H. Yoshikawa
  • Organizer: The 15th Asian Chemical Congress
  • Place of Presentation: Resorts World Sentosa, Singapore
  • Invited
• [Presentation] Development of Molecular Cluster Batteries (2013)
  • Author(s): H. Yoshikawa
  • Organizer: Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CC3DMR) 2013
  • Place of Presentation: Ramada Jeju, Korea
  • Invited
• [Presentation] In situ XAFSを用いた分子クラスター電池の反応機構解明 (2012)
  • Author(s): 吉川浩史
  • Organizer: 第2回 名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-11-26
  • Invited
• [Presentation] Applications of Polyoxometalates/Nanocarbons Nano-hybrid Materials to Rechargeable Batteries (2012)
  • Author(s): Hirofumi Yoshikawa
  • Organizer: Frontiers in Metal Oxide Cluster Science 2012(FMOCS2012)
  • Place of Presentation: Lanzarote, Spain
  • Year and Date: 2012-11-18
  • Invited
• [Presentation] Polyoxometalates as Electron Sponges (2012)
  • Author(s): Hirofumi Yoshikawa
  • Organizer: The 40th International Conference on Coordination Chemistry (ICCC40)
  • Place of Presentation: Valencia, Spain,
  • Year and Date: 2012-09-09
  • Invited
• [Presentation] BL-2 電池反応におけるMnクラスターの電子状態変化の研究 (2012)
  • Author(s): 吉川浩史
  • Organizer: 立命館大学SRセンター研究成果報告会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • Year and Date: 2012-06-09
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: http://advmat.chem.nagoya-u.ac.jp/yoshikawa.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 電気二重層コンデンサ (2012)
  • Inventor(s): 阿波賀邦夫、吉川浩史、佐藤正春
  • Industrial Property Rights Holder: 阿波賀邦夫、吉川浩史、佐藤正春
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2012-207080
  • Filing Date: 2012-09-20