2015 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 / 単結晶 / ポリ酸 / 界面活性剤 / 伝導性 / 層状結晶 |
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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、温度、pH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。ハイブリッド結晶中では、ポリ酸アニオンが1次元的に配列したトンネル構造、もしくは2次元的に積層した層状構造を有していた。このポリ酸アニオンの配列は、ポリ酸イオンや界面活性剤イオンの選択により制御できることを見出した。
ポリ酸を構成する金属種が同じ場合でも、合成時に使用する界面活性剤等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結晶を合成することに成功した。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結晶の伝導性を、交流インピーダンス法により評価したところ、伝導性とプロトン含有量との相関がみられた。材料の耐久性などに改善点はあるものの、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ると、プロトンや、ナトリウムイオンを層間に取り込んだハイブリッド結晶を合成できることを見出した。すでにリチウムイオンを取り込んだハイブリッド結晶を合成する方法も確立しており、これらのプロトンもしくはアルカリ金属イオン含有ハイブリッド結晶は、燃料電池、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
目的とするプロトン含有型ハイブリッド結晶について、複数の系について合成条件を確立できている。合成条件や測定条件を最適化することで、高プロトン伝導性ハイブリッド結晶を構築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を導入したハイブリッド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への展開が可能になると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに得られた結果を基に、高プロトン伝導性を発現すると期待されるハイブリッド結晶の合成方法を探索していく。X線構造解析と元素分析により、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とハイブリッド結晶の組成との相関を明らかにしていき、高プロトン伝導性を有するハイブリッド結晶の創製につなげる。
プロトン含有型ハイブリッド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。また既往の結晶構造の探索を行うため、結晶構造データベースを購入する。
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