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結晶構造の対称性に着目した有機ー無機ハイブリッドハライド結晶の合成と機能探索

研究課題

研究課題/領域番号 21K04646
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

齋藤 紀子  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主任研究員 (20354417)

研究分担者 大橋 直樹  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, センター長 (60251617)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードハイブリッドハライド / 構造解析 / 結晶成長 / DFT / 結晶構造 / ハイブリッド / ハライド / 新物質 / 溶液プロセス
研究開始時の研究の概要

有機-無機ハイブリッドハライド結晶の、軽量で柔軟な圧電デバイス応用を目指し、ハイブリッドハライドの有機分子の自発的配向誘起による、結晶の対称性制御を行う。大きさの異なる有機分子の導入と、3d遷移金属元素を用いた無機フレームワークの構造変化を試み、結晶対称性への影響を調べる。溶液プロセスによって新物質を合成し、単結晶構造解析と密度汎関数法(DFT)計算によって有機分子イオンの配向を調べ、圧電体などへの応用を検討する。

研究実績の概要

有機-無機ハイブリッドハライド結晶は、次世代太陽電池の候補として注目されているが、接触感知フレキシブルデバイスなどの、軽量で柔軟な圧電デバイス応用にも期待できる。そのためには、ハイブリッドハライドの有機分子の自発的配向誘起による、結晶の対称性制御が必要である。
本研究では、大きさの異なる有機分子の導入と、3d遷移金属元素を用いた無機フレームワークの構造変化を試み、結晶対称性への影響を調べた。溶液プロセスによって新物質を合成し、単結晶構造解析と密度汎関数法(DFT)計算によって有機分子イオンの配向を調べ、圧電体などへの応用を検討した。
ホルムアミジニウム(FA)-インジウム(Cu)-ハライド(I or Cl)三元系における有機-無機ハイブリッド結晶などの、液相からの結晶成長を行い単結晶を合成し、その結晶構造解析を進め、新しい結晶構造、新しい化合物を見出した。実験的検討と併せて実施した第一原理計算による結晶構造やその安定性の検討も進めた。実験的アプローチでは詳細が捉えにくい水素原子の結晶中での配置を第一原理計算の援用によって明らかにするなど、実験と計算の融合によっても、成果が得られた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

金属とハロゲンを変えると、無機フレームワーク構造の異なるハイブリッドハライド結晶の合成が期待できる。本年度は、インジウムおよび亜鉛の、塩化物およびヨウ化物の新物質を探索した。また、有機アミン分子として、長い有機鎖を持つ分子や大きい分子の導入を試みた。
特に、ホルムアミジニウム(FA)-インジウム(Cu)-ハライド(I or Cl)三元系において、液相からの単結晶成長を行い、その結晶構造解析を進めた。その結果、新しい結晶構造、新しい化合物を見出した。

今後の研究の推進方策

これまでの検討で、純然たる無機結晶と、ハイブリッド結晶との結晶化学的な差異などが、見えてきた。それらの知見を元に、さらに、結晶構造の対称性制御のための物質設計・材料合成手段を開発・改良することで、無機結晶のみでは実現できない新しい物性の発現を期待して研究を進める。今年度は、得られた新物質単結晶の物性評価を行う。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Crystal structure of formamidinium-lead-chloride-dimethyl sulfoxide and phase relationship of related crystalline systems2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Noriko、Matsushita Yoshitaka、Ohsawa Takeo、Segawa Hiroyo、Ohashi Naoki
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 24 号: 45 ページ: 7996-8004

    • DOI

      10.1039/d2ce00889k

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental and theoretical investigation of crystal structure of formamidinium-copper-iodide single crystals grown from aqueous solution2022

    • 著者名/発表者名
      Ohashi Naoki、Matsushita Yoshitaka、Saito Noriko
    • 雑誌名

      Journal of Solid State Chemistry

      巻: 306 ページ: 122778-122778

    • DOI

      10.1016/j.jssc.2021.122778

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 無機材料屋から見た有機・無機ハイブリッド結晶2023

    • 著者名/発表者名
      大橋 直樹, 齋藤 紀子, 清水 荘雄, 大澤 健男, 斎藤典夫
    • 学会等名
      第43回電子材料研究討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 新しいハイブリッド化合物の探索的研究

    • URL

      https://www.jsps.go.jp/file/storage/kaken_37_topics/00472-82108-20354417.pdf

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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