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低分子有機錯体を用いた非水系プロトン伝導体の設計

研究課題

研究課題/領域番号 12640550
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機能・物性・材料
研究機関北海道大学

研究代表者

芥川 智行  北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (60271631)

研究期間 (年度) 2000 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2001年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2000年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
キーワードプロトン伝導体 / 電荷移動錯体 / 水素結合 / 低分子錯体 / チャンネル / 有機錯体
研究概要

本研究では、ナフィオン膜に変わる新たなプロトン伝導体の開発を目標として、低分子結晶のプロトン・イオン伝導場を設計する事で、多量の水和分子を必要としないイオン伝導体を開発する事を研究目的とした。すなわち、イオン伝導度が温度変化に左右される事無く、より低温(0℃以下)での動作が可能なイオン伝導体の構築について検討した。具体的には、結晶中にデザインされたイオンチャンネルに代表される動的イオン場の作製とそのイオン伝導に関する物性評価を試みた。以下に本年度得られた研究成果をまとまる。
研究対象とした低分子有機錯体は、1)ジチオレン系の金属錯体[Ni(dmit)_2]と超分子カチオン構造からなるラジカル塩と2)2,2'-bi-1H-benzimidazole(H2BBIM)系の錯体である。いずれの錯体も、単結晶として単離し、その結晶構造の評価からイオン・プロトン伝導性の出現の可能性について検討した。1)の研究では、合計20種類の結晶を探索した結果、M^+([18]crown-6)[Ni(dmit)_2]_2の組成を有する塩が、イオン伝導性を可能とするチャンネル型のカチオン構造を取ることが判明した。また、チャンネル構造を設計する為の指針として、錯形成定数を用いたアプローチが有効である事を示した。2)の研究成果では、(H3BBIM^+)(TCNQ)(Cl^-)_<0.5>(H_2O)の組成を有する単結晶を作製した。そのプロトン伝導度の測定は、高プロトン伝導体であるnafion^<【○!R】>117膜で試料を挟んだサンドイッチ型の電極構造を作製する事で評価した。錯体中のプロトン伝導度は、300Kにおいて約1.2×10^<-3>Scm<-1>であり、200Kまでの低温領域でプロトン伝導度が観測された。この様なプロトン伝導性は、結晶中に形成したプロトンチャンネル内の水素結合ネットワークを介した結果と考えられ、水素結合鎖の設計が低分子系のプロトン伝導性の出現に重要である事を示した。

報告書

(3件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (23件)

  • [文献書誌] N.Takamatsu: "One-dimensional Antiferromagnetic Chain in [Ni(dmit)_2] Salts of [K^+ or Rb^+(4,13-diaza-18-crown-6)] Supramolecular Cation"Inorganic Chemistry. 39. 870-871 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Akutagawa: "M^+(12-crown-4) Supramolecular Cations (M^+=Na^+, K^+, Rb^+, and NH_4^+) within Ni(dmit)_2 Molecular Conductor"Inorganic Chemistry. 39. 2645-2651 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Akutagawa: "Co^<2+>(15-crown-5) magnetic supramolecular cation in [Ni(dmit)_2] π-spin system"Journal of Physical Chemistry B. 104. 5871-5873 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Nishihara: "[Ni(dmit)_2] salt of a supramolecular cation, Sc^<3+>(12-crown-4)_2"Synthetic Metals. 121. 1806-1807 (2001)

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  • [文献書誌] T.Akutagawa: "Diversity in the π-spin arrangement of [Ni(dmit)_2] anions in divalent Ca^<2+>(crown ether) supramolecular cation salts"Journal of Material Chemistry. 11. 2118-2124 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Akutagawa: "Ionic channel structures in (M^+)_x (18-crown-6) [Ni(dmit)_2]_2 molecular conductors"Chemistry a European Journal. 7. 4902-4912 (2001)

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  • [文献書誌] K.Shitagami: "An infinite supramolecular array structure in metal dithiolate complexes : crystal structure of K(dibenzo-18-crown-6)[M(dmit)_2(CH_3CN)_2(M=Ni, Au)"Crystal Engineering Communication. 52. 1-3 (2001)

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  • [文献書誌] K.Shitagami: "Potassium bis(4,5-dimercapto-1,3-dithiole-2-thionato)nickelate1,4,7,10,13,16-hexaoxa-2,3 : 11,12-dibenzocyclooctadeca-2,11-diene propanone solvate"Acta Crystallography. C57. 1271-1273 (2001)

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  • [文献書誌] T.Akutagawa: "Handbook of Advanced Electronic and Photonic Materials and Devices"Academic Press. 34 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Takamatsu et al.: "One-dimensional Antiferromagnetic Chain in [Ni(dmit)_2]^- Salts of [K^+ or Rb^+(4,13-diaza-18-crown-6)] Supramole"Inorg. Chem.. 39. 870-871 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Akutagawa et al.: "M^+(12-crown-4) Supramolecular Cations (M^+=Na^+, K^+, Rb^+, and NH_4^+) within Ni(dmit)_2 Molecular Conductor"Inorg. Chem.. 39. 2645-2651 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Akutagawa et al.: "Co^<2+>(15-crown-5) magnetic supramolecular cation in [Ni(dmit)_2]^- □-spin system"J. Phys. Chem. Sect. B.. 104. 5871-5873 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nishihara et al.: "[Ni(dmit)_2]^- salt of a supramolecular cation, Sc^<3+>(12-crown-4)_2"Synthetic Metals. 121. 1806-1807 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Akutagawa et al.: "Diversity in the π-spin arrangement of [Ni(dmit)_2] anions in divalent Ca^<2+>(crown ether) supramolecular cation salts"J.Mater. Chem.. 11. 2118-2124 (2001)

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  • [文献書誌] T. Akutagawa et al.: "Ionic channel structures in (M^+)_x(18-crown-6) [Ni(dmit)_2]_2 molecular conductors"Chem. Eur. J.. 7. 4902-4912 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Shitagami, et al.: "An infinite supramolecular array structure in metal dithiolate complexes : crystal structure of K(dibenzo-18-crown-6)[M(dmit)_2](CH_3CN)_2(M = Ni. Au)"Cryst. Eng. Commun.. 52. (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Shitagami, et al.: "Potassium bis(4,5-dimercapto-1,3-dithiole-2-thionato)nickelate 1,4,7,10,13,16-hexaoxa-2,3:11,12-dibenzocyclooctade ca-2, 11-diene propanone solvate"Acta. Cryst. Sect.. C57. 1271-1273 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nishihara: "[Ni(dmit)_2] salt of a supramolecular cation, Sc^<3+>(12-crown-4)_2"Synthetic Metals. 121. 1806-1807 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T. Akutagawa: "Diversity in the π-spin arrangement of [Ni(dmit)_2] anions in divalent Ca^<2+>(crown ether) supramolecular cation salts"Journal of Material Chemistry. 11. 2118-2124 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T. Akutagawa: "Ionic channel structures in (M^+)_x(18-crown-6)[Ni(dmit)_2]_2 molecular conductors"Chemistry European Journal. 7. 4902-4912 (2001)

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  • [文献書誌] K. Shitagami: "An infinite supramolecular array structure in metal dithiolate complexes : crystal structure of K(dibenzo-18-crown-6)[M(dmit)_2(CH_3CN)_2(M=Ni,Au)"Crystal Engineering Communication. 52. 1-3 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K. Shitagami: "Potassium bis(4,5-dimercapto-1,3-dithiole-2-thionato)nickelate 1,4,7,10,13,16-hexaoxa-2,3 : 11,12-dibenzocyclooctadeca-2,11-diene propanone solvate"Acta Crystallography. C57. 1271-1273 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T.Akutagawa: "M^+ (12-crown-4) Supramolecular Cations (M^+=Na^+, K^+, Rb^+, and NH_4^+) within Ni (dmit)_2 Molecular Conductor"Inorganic Chemistry. 39. 2645-2651 (2000)

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      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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