Development of Multivalent-ion conducting solids using metal cluster aggregates

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05496
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Yoshinari Nobuto 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (10583338)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 多核金属錯体 / イオン拡散 / 単結晶-単結晶変換 / 含硫アミノ酸 / 希土類イオン / 金属クラスター / イオン伝導体

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we aimed to develop solid-state ionic conductors where divalent or higher-charged metal ions act as mobile species, using assemblages of multinuclear metal complexes or metal clusters with spherical shapes. Firstly, we synthesized several new spherical metal complexes with different charges and compositions through multi-step metal ion accumulation reactions. Furthermore, when we loaded multivalent metal ions into the obtained assemblages, we observed fast diffusion behavior of multivalent ions in some compounds. Particularly, when crystals containing an anionic metal complex with L-cysteine were immersed in solutions of rare-earth metal ions, we observed a unique condensation of rare earth aqua ions into the metal hydroxide clusters within the crystal lattice.

Free Research Field

錯体化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多価金属イオンの固体内拡散現象は高エネルギー密度の固体電池の開発のために長年興味を集めている。既存の研究の多くはセラミクスや高分子などの非晶質あるいは多結晶における拡散現象を調査しているが、本研究では金属錯体単結晶を研究対象にしている点で大きく異なる。実際、本研究では単結晶Ｘ線構造解析の手法を用いて、多価イオンの拡散の結果を原子レベルで精密に観測することができた。本研究の成果を元に、次世代型電池の開発はもとより、金属錯体の集積固体を媒体とする新しい金属クラスターの集積化反応が展開されることが期待できる。