2014 Fiscal Year Research-status Report
無機－有機ハイブリッド層状結晶を用いた革新的高プロトン伝導体の構築
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26410245
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
伊藤 建 東海大学, 理学部, 准教授 (50376935)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ハイブリッド材料 / 層状結晶 / ポリ酸 / 界面活性剤 / 伝導性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
モリブデン、バナジウム、タングステンのポリオキソ酸水溶液と界面活性剤溶液を用いて、ハイブリッド層状結晶を合成した。合成溶液のpH、生成した沈殿を結晶化する際の溶媒および温度を適切に選択することにより、複数種のポリ酸－界面活性剤ハイブリッド層状結晶を単結晶として得ることに成功した。X線構造解析の結果から、いずれも新規化合物であることが明らかとなった。層状結晶中では、ポリ酸アニオンと界面活性剤カチオンが交互に積層した層状構造を有していた。
合成時に使用する界面活性剤を変化させることにより、ポリ酸アニオンの分子構造や組成を制御してハイブリッド層状結晶を合成できる条件を見出した。特にポリバナジン酸を用いた場合に、プロトンの数を制御して、ハイブリッド層状結晶中に取り込ませる方法を確立できた。これらのプロトン含有型ハイブリッド層状結晶の伝導性を、交流インピーダンス法により評価をしたところ、測定条件の検討などの必要性はあるものの、本研究の目標である中温・無加湿条件での高プロトン伝導性の発現できる材料創製への期待がもたれた。
また、ヘテロ環式界面活性剤を用いた場合に、ナトリウムやセシウムなどのアルカリ金属イオンを層間に取り込んだハイブリッド層状結晶を合成できた。また、ポリバナジン酸を用いた場合に、リチウムイオンを取り込んだハイブリッド層状結晶を合成する方法も確立できた。これらアルカリ金属イオン含有ハイブリッド層状結晶は、リチウムイオン電池およびナトリウムイオン電池向けの固体電解質、もしくは放射性セシウムイオン吸着剤などへの応用が期待できる。
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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
現状で目的とするプロトン含有型ハイブリッド層状結晶の合成条件を見出している。合成条件や測定条件を検討していくことで、高プロトン伝導性ハイブリッド層状結晶の合成法を確立できると考えられる。また、研究を遂行する過程で、リチウムイオンやナトリウムイオン、セシウムイオンを層間に導入したハイブリッド層状結晶を合成できることを見出している。これらの材料の伝導特性の検討を通じて、燃料電池やリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池といった二次電池向け固体電解質や、放射性イオン吸着剤などへの展開ができると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに得られた結果を基に、プロトン含有型ハイブリッド層状結晶の合成方法を探索していき、X線構造解析と元素分析を行うことにより、組成および結晶構造を明らかにする。平行してプロトン伝導性の検討をすすめ、組成と伝導性の相関を明らかにし、高プロトン伝導性を有するハイブリッド層状結晶の合成につなげる。
プロトン含有型ハイブリッド層状結晶の合成方法を確立するためには、単結晶X線構造解析が必須の分析手法である。その際の測定データの処理は専用のソフトで行うが、作業の効率化を図るため、データ処理専用のパーソナルコンピュータを購入する予定である。
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