| 研究課題/領域番号 |
20K20360
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| 補助金の研究課題番号 |
18H05344 (2018-2019)
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 (2020)
補助金 (2018-2019) |
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| 審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
今野 巧 大阪大学, 理学研究科, 教授 (50201497)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
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| キーワード | イオン結晶 / 超分子化学 / 結晶工学 / 超分子科学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
イオン結晶中において、各イオン種はクーロン相互作用により強く固定され、通常、自由に動き回ることはできない。本研究では、金属超分子をベースとするナノ構造化学を駆使して、金属イオン種が、あたかも金属自由電子のように結晶格子中を自由に動き回るように設計した「イオン性金属超分子ナノ構造体」を開発する。これにより、従来の無機系固体材料を遥かに凌駕する超イオン運動性示すイオン結晶を各種創製するとともに、「従来の物質系では発現しえない金属イオン流動に基づく新現象」を発見する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、対カチオンである金属イオン種が結晶格子中を自由に動き回るように設計したイオン性金属超分子ナノ構造体を開発するとともに、金属イオン交換によるナノ構造体の構造と物性の自在変換を目指した。その結果、非配位カルボキシルをもつアニオン性金属クラスターをカリウムイオンと組み合わせることにより、強固なアニオン性フレームワーク中をカリウムイオン種が自由に流動する前例のないイオン結晶の構築に成功した。また、このイオン結晶を別の金属イオンを含む溶液に浸すと速やかにカチオン交換が起こり、得意な構造と性質をもつイオン結晶へと変換されることを見いだした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体状態でイオン種の拡散/移動現象を示すイオン性固体はこれまでいくつか知られている。しかし、それらのほとんどは、無機固体を高温に加熱して得られており、作動温度も極めて高い。一方、本研究において開発した金属超分子を構成単位とするイオン性固体においては、アルカリ金属イオン、特にカリウムイオンが固体中、室温でも自由に流動することが示された。また、このイオン性固体は、異なるイオン種を含む溶液に浸すだけで別のイオン性固体へと容易に変換され、特異な機能性の負荷も可能であることがわかった。今後、この種のイオン性固体は、手軽に室温でも利用可能な全固体二次電池や熱電素子などの機能性材料への応用が期待される。
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