2016 Fiscal Year Annual Research Report
Pseudo single crystallization of Prussian-blue and its analog nanoparticles via their regular arrangement and low-temperature connection
| Project/Area Number |
15H03783
|
|---|
| Research Institution | Yamagata University |
|---|
Principal Investigator |
栗原 正人 山形大学, 理学部, 教授 (50292826)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金井塚 勝彦 山形大学, 理学部, 准教授 (50457438)
石崎 学 山形大学, 理学部, 助教 (60610334)
冨樫 貴成 山形大学, 理学部, 助教 (80510122)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | ナノ結晶 / プルシアンブルー / 配位高分子 / プロトン伝導 / 溶液プロセス / 規則配列 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
独自で開発したプルシアンブルー（PB）・ナノ結晶の水分散液合成により、「配高分子ナノ結晶同士の低温界面接合技術」を確立することを目的とした。
具体的には、溶液プロセス（スピンコート法や自己組織化膜（SAM）法）により作製したPBナノ結晶薄膜のイオン伝導挙動を調べるため、Nafionに代表される高分子膜に適用される相互貫入（くし形）電極をガラス基板に作製した。その電極間（ガラス基板上）にSAM膜を作製、PBナノ結晶水分散液に浸漬することで、SAM基板上に、PBナノ結晶の緻密な単粒子膜の作製に成功した。これを120℃で加熱することで、ナノ結晶同士の界面接合を行った。粒子膜の緻密性（ピンホールフリーであること）や膜厚（単粒子膜であること）をAFM観察により明らかにし、更に、シリコン基板上に同様な方法でPB単粒子膜を作製し、その表面をSEM観察し、広範囲で、緻密性が確認できた。同じくし形電極を用いて、Nafion膜と粒子膜の比較を世界で初めて実施することに成功した：(1) 交流インピーダンス測定から、加熱PB単粒子膜は、10-1 Sm-1に迫る極めて高い伝導度が発現し、それは、Nafion膜よりも高い伝導性を示した；(2) PB単粒子膜の伝導度は、湿度依存性(> 60% RH)を殆ど示さないが、Nafion膜では、これまでの報告通り、湿度依存性を示した；(3)直流電流測定から、PB単粒子膜とNafion膜は、同様な電流－時間依存性を示し、イオン伝導であることが示された；(4)Bode plotから、PB単粒子膜とNafion膜は、同様に単一周波数成分（単一並列RC回路）で解析できた＝プロトン伝導がGrotthuss機構（Grain-boundary-free）であることが証明された；(5)そのプロトン伝導の活性化エネルギーはPB単粒子膜の方がNafion膜より小さいことが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
概ね計画通りに研究が進んでいる。研究実績で示したように、PBナノ結晶の単粒子膜は、低温加熱後、プロトン伝導度・湿度依存性の両方おいて、Nafion膜を凌駕する性能を有していることを明らかにできた。このNafion膜と固体結晶膜を直接実験で比較した例は世界で初めてである。結晶評価においてはペレットに依存しているのが一般的である中で、本研究における「ナノ結晶分散液を用いた溶液プロセス膜」で見出された成果は画期的であり、これを纏め、高いIFの論文に投稿した。結果、Angew. Chem. Int. Ed.でin pressになっている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
PBナノ結晶を用いた溶液プロセスによる実践的なデバイス応用への道を拓くため、プロトン伝導度・湿度依存性におけるPB単粒子膜の加熱温度の依存性を調べ、その低温加熱による界面接合機構を更に追及する必要がある。また、多層膜（単純なスピンコート膜）でのプロトン伝導度・湿度依存性についても評価していく必要がる。更には、格子欠陥サイトがプロトン伝導度・湿度依存性に与える効果についても検討課題とする。
|
