2019 Fiscal Year Annual Research Report
Continuous carrier control of redox MOFs by electrochemical doping
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19H02729
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高石 慎也 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10396418)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井口 弘章 東北大学, 理学研究科, 助教 (30709100)
加藤 恵一 東北大学, 理学研究科, 助教 (80374742)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 多孔性配位高分子 / ドーピング / 電気化学 / 電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題のでは、集積型金属錯体の一種である金属有機構造体(Metal-Organic frameworks: MOFs)酸化還元機能(= 電子機能)を付与し、同錯体に対して電気化学的にキャリアドーピングを行うことを目的とした。
今年の主な研究実績を以下に示す。
①2,3-dihydroxybenzoquinone(dhbq)配位子を用いて、新規MOF(Fe2(dhbq)3)の合成に成功した。また本錯体が1×10-2Scm-1程度の比較的高い電気伝導度を示すことを明らかにした。本錯体をリチウムイオン電池の正極として用いることで、120mAh/gの容量を実現した。
②酸化還元活性なドナー分子（テトラチアフルバレン）とアクセプター分子（テトラシアノキノジメタン）を混錬した電極を作成し、それを正極として用いることで導電助剤を用いずに二次電池を作動することに成功した。
③電気伝導性MOF(Cu[Cu(pdt)2] (pdt = 2,3-pyrazinedithiol)にヨウ素蒸気を曝すことにより、導電性の向上を実現し、さらには、本錯体をp型半導体からn型半導体に連続的に変換することに成功した。
④多孔性金属錯体Ln(Pc)2において従来はハロゲンによる酸化的ドーピングのみ出来ていたが、ナトリウムなどのアルカリ金属を用いた還元的ドーピングにも成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2,3-dihydroxybenzoquinone(dhbq)配位子を用いたスクリーニング法を新たに開発することで、新規酸化還元活性なMOF(Fe2(dhbq)3)の合成に成功し、本錯体をリチウムイオン電池の正極として用いることで、120mAh/gの容量を実現した。
また、電気伝導性MOF(Cu[Cu(pdt)2] (pdt = 2,3-pyrazinedithiol)にヨウ素蒸気を曝すことにより、導電性の向上を実現し、さらには、本錯体をp型半導体からn型半導体に変換することに成功した。また、多孔性金属錯体Ln(Pc)2において従来はハロゲンによる酸化的ドーピングのみ出来ていたが、ナトリウムなどのアルカリ金属を用いた還元的ドーピングにも成功した。このように、2019年度の研究計画どおり、物質開発、物性測定の両面において順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に得られた知見としては、元来酸化還元活性な金属イオンを用いた場合においても、固体状態においては必ずしも酸化還元を起こすとは限らないことが明らかとなった。2020年度の研究計画としては、以下の4点を実現したい。
①金属イオンが酸化還元を起こすための条件を明らかにする。②dhbq配位子およびその類縁体を用いて新規レドックスMOFの合成およびそれを正極としてリチウムイオン電池を作動する。③電気伝導性MOFの電子伝導性を電気化学的に制御し、電気化学的なスイッチングを実現する。④金属イオンと有機配位子のもつ酸化還元活性を利用して400mAh/gを超える大容量のカソード材料を開発する。
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