多核金属錯体‐ナノカーボン複合体の新規物性開拓

• 研究課題/領域番号: 23685029
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 吉川 浩史 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60397453)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円); 2013年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2012年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2011年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
• キーワード: 分子クラスター / ナノカーボン / 蓄電特性 / 電気二重層 / XAFS / 電気化学磁性 / メソポーラスカーボン / in situ XAFS / in situ NMR / 電気二重層キャパシタ / 二次電池 / 固体ＮＭＲ / 多核金属錯体 / カーボンナノチューブ / 電池特性 / グラフェン / in situ計測

研究概要

分子クラスターは、数十電子もの酸化還元を示すことから次世代蓄電材料として非常に有望である。本研究では、このような分子クラスターの一つポリオキソメタレート（POM）とグラフェンやメソポーラスカーボンといったナノカーボンからなるナノ複合体を作製し、その蓄電特性を検討したところ、POMの超還元とナノ複合化により誘起されたナノカーボンの電気二重層キャパシタ効果によって巨大な蓄電容量を得ることに成功した。また、in situ電気化学-磁気測定システムの開発を行い、磁性クラスターに適用したところ、その磁気転移温度や保磁力を連続的に変化させることに成功し、電気化学磁性への道筋を開いた。

研究成果

• [雑誌論文] An Antiaromatic Electrode-Active Material Enabling High Capacity and Stable Performance of Rechargeable Batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: J.-Y. Shin, T. Yamada, H. Yoshikawa, K. Awaga, and H. Shinokubo
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 53 号: 12 ページ: 3096-3101
  • DOI: 10.1002/anie.201310374
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Storage of an electric field for photocurrent generation in ferroelectric-functionalized organic devices (2014)
  • 著者名/発表者名: L. Hu, S. Dalgleish, M. M. Matsushita, H. Yoshikawa, and K. Awaga
  • 雑誌名: Nat. Commun 巻: 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced capacitor effects in polyoxometalate/graphene nanohybrid materials; a synergetic approach to high performance energy storages (2014)
  • 著者名/発表者名: Keita Kume, Naoya Kawasaki, Heng Wang, Tetsuya Yamada, Hirofumi Yoshikawa and Kunio Awaga
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 2 号: 11 ページ: 3801-3807
  • DOI: 10.1039/c3ta14569g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-Transfer Processes in Highly-Correlated Electron Systems of Thiazyl Radicals (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Awaga, K. Nomura, H. Kishida, W. Fujita, H. Yoshikawa, M. M. Matsushita, L. Hu, Y. Shuku, and R. Suizu
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 2 ページ: 234-249
  • DOI: 10.1246/bcsj.20130248
  • NAID: 130004153276
  • 査読あり
• [雑誌論文] Storage of an electric field for photocurrent generation in ferroelectric-functionalized organic devices (2014)
  • 著者名/発表者名: L. Hu, S. Dalgleish, M. M. Matsushita, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms4279
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solvent-Induced Assembly of Octacyanometalates-Based Coordination Polymers with Unique afm1 Topology and Magnetic Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Qian, J. Hu, J. Zhang, H. Yoshikawa, K. Awaga, C. Zhang
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 13 号: 12 ページ: 5211-5219
  • DOI: 10.1021/cg400909b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Capacitance Effects Superimposed on Redox Processes in Molecular Cluster Batteries : A Synergic Route to High Capacity Energy Storage (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Wang, Z. Zeng, N. Kawasaki, H. Eckert, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • 雑誌名: Chem. Eur. J 巻: 19 号: 34 ページ: 11235-11240
  • DOI: 10.1002/chem.201300097
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecule-Displacive Ferroelectricity in Organic Supramolecular Solids (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ye, Y. Zhang, S. Noro, K. Kubo, M. Yoshitake, Z. Liu, H. Cai, D. Fu, H. Yoshikawa, K. Awaga, R. G. Xiong and T. Nakamura
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1 ページ: 2249-2249
  • DOI: 10.1038/srep02249
  • NAID: 120006795651
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ Seamless Magnetic Measurements for Solid-State Electrochemical Processes in Prussian Blue Analogues (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yamada, K. Morita, H. Wang, K. Kume, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 52 号: 24 ページ: 6238-6241
  • DOI: 10.1002/anie.201301084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Above-Room-Temperature Magnetodielectric Coupling in a Possible Molecule-based Multiferroic: Triethylmethylammonium Tetrabromoferrate(III) (2012)
  • 著者名/発表者名: Hong-Ling Cai
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 134 号: 45 ページ: 18487-18490
  • DOI: 10.1021/ja3073319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric double layers allow for opaque electrodes in high performance organic optoelectronic devices (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Li, S. Dalgleish, Y. Miyoshi, H. Yoshikawa, M. M. Matsushita, and K. Awaga
  • 雑誌名: App. Phys. Lett. 巻: 101 号: 17 ページ: 173302-173302
  • DOI: 10.1063/1.4762823
  • NAID: 120006795659
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular cluster batteries of nano-hybrid materials between Keggin POMs and SWNTs (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Wang
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 41 号: 34 ページ: 9863-9866
  • DOI: 10.1039/c2jm33079b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Utilizing Photocurrent Transients for Dithiolene-Based Photodetection : Stepwise Improvements at Communications Relevant Wavelengths (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Dalgleish, M. M. Matsushita, L. Hu, B. Li, H. Yoshikawa, and K. Awaga
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 134 号: 30 ページ: 12742-12750
  • DOI: 10.1021/ja304228c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly efficient organic optoelectronic conversion induced by electric double layers in ionic liquids (2012)
  • 著者名/発表者名: Bo Li, 他6名
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 16 ページ: 163304-163304
  • DOI: 10.1063/1.3697988
  • 査読あり
• [雑誌論文] In operando XAFS Studies of Polyoxometalate Molecular Cluster Batteries: Polyoxometalates as Electron Sponges (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Wang, S. Hamanaka, Y. Nishimoto, S. Irle, T. Yokoyama, H. Yoshikawa and K. Awaga
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 134 号: 10 ページ: 4918-4924
  • DOI: 10.1021/ja2117206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure, Spin Polarization, Solid-State Electrochemistry, and High n-Type Carrier Mobility of a Paramagnetic Semiconductor : Vanadyl Tetrakis (thiadiazole) porphyrazine (2012)
  • 著者名/発表者名: 三吉康仁
  • 雑誌名: Inorg.Chem. 巻: 51 号: 1 ページ: 456-462
  • DOI: 10.1021/ic201880g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of large-diameter (～4nm) single-wall carbon nanotubes in the nanospace of mesoporous material SBA-15 (2011)
  • 著者名/発表者名: Keita Kobayashi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 49 号: 15 ページ: 5173-5179
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2011.07.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanohybridization of Polyoxometalate Clusters and Single-Wall Carbon Nanotubes : Applications in Molecular Cluster Batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: 河崎直也
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 50 号: 15 ページ: 3471-3474
  • DOI: 10.1002/anie.201007264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanohybridization of polyoxometalate clusters and single-wall carbon nanotubes : Applications in molecular cluster batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yokoyama, K.Eguchi
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 107 号: 4 ページ: 1074-1079
  • DOI: 10.1002/asia.201000782
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子クラスターを利用した2次電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 雑誌名: 表面技術 巻: 62 ページ: 486-490
  • NAID: 10029773869
• [雑誌論文] 固体電気化学が拓く新しい分子クラスターの科学-分子クラスター電池の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 64 ページ: 957-957
• [学会発表] 多核錯体クラスターの電子スポンジ機能を利用した二次電池の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 錯体化学会第63回討論会
  • 発表場所: 琉球大学
  • 年月日: 2013-11-02
• [学会発表] 固体電気化学を基盤とした分子クラスターの機能開拓 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会京都
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] 分子クラスター/ナノカーボン複合体を用いた電気エネルギーデバイス (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2013-09-13
• [学会発表] Solid-state electrochemistry of molecular clusters (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yoshikawa
  • 学会等名: The 15th Asian Chemical Congress
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2013-08-22
• [学会発表] 固体電気化学を基盤とした分子クラスターの機能開拓 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 招待講演
• [学会発表] Solid-state Electrochemistry of Molecular Clusters (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshikawa
  • 学会等名: The 15th Asian Chemical Congress 2013
  • 発表場所: Resorts World Sentosa, Singapore
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Molecular Cluster Batteries (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshikawa
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CC3DMR) 2013
  • 発表場所: Ramada Jeju, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] 固体電気化学を基盤とした多核金属錯体の機能開拓 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第1回 東北大学卓越大学院研究会「金属錯体の固体物性最前線―金属錯体と固体物性物理と生物物性の連携新領域を目指して－」
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] 分子クラスター／ＳＷＮＴナノ複合体を正極活物質とする二次電池のin situ NMR測定による機能解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田哲也
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
• [学会発表] Applications of Polyoxometalates/Nanocarbons Nano-hybrid Materials to Rechargeable Batteries (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yoshikawa
  • 学会等名: Frontiers in Metal Oxide Cluster Science 2012
  • 発表場所: Lanzarote, Spain
  • 年月日: 2012-11-18
• [学会発表] Polyoxometalates as Electron Sponges (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yoshikawa
  • 学会等名: The 40 International Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Valencia, Spain (ICCC40)
  • 年月日: 2012-11-18
• [学会発表] 多核金属錯体を用いた新しい二次電池の開発と反応機構解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第25回若い世代の特別講演会(日本化学会第92春季年会)
  • 発表場所: 慶応大学
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 多核金属錯体を用いた新しい二次電池の開発と反応機構解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶応大学(横浜)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Applications of Polyoxometalates/Nanocarbons Nano-hybrid Materials to Rechargeable Batteries (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yoshikawa
  • 学会等名: Frontiers in Metal Oxide Cluster Science 2012(FMOCS2012)
  • 発表場所: Lanzarote, Spain
  • 招待講演
• [学会発表] Polyoxometalates as Electron Sponges (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yoshikawa
  • 学会等名: The 40th International Conference on Coordination Chemistry (ICCC40)
  • 発表場所: Valencia, Spain
  • 招待講演
• [学会発表] 固体電気化学反応を利用したプルシアンブルー類似体の新規磁性開拓 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田哲也
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] ポリオキソメタレート/ナノカーボン複合体の作製と電池特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第62回錯体化学討論会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] 一次元チャネル構造を有するリチウムフタロシアニン薄膜および結晶への電気化学ドーピング (2012)
  • 著者名/発表者名: 三吉康仁
  • 学会等名: 第21回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] 固体電気化学反応が誘起するプルシアンブルー錯体の磁性変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] In operando固体NMR測定システムの開発とそれを用いた分子クラスター電池の電池特性の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田哲也
  • 学会等名: 第51回NMR討論会
  • 発表場所: ウィンク愛知
• [学会発表] Capacitance Effects in Molecular Cluster Batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yoshikawa
  • 学会等名: the 3rd Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: India Habitat Center, New Delhi, India
  • 年月日: 2011-10-19
• [学会発表] 分子クラスター電池におけるキャパシタ効果の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古川浩史
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] 固体電気化学が誘起する分子クラスター高還元状態のin situ XAFS研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第14回XAFS討論会
  • 発表場所: 分子研(岡崎)
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] 有機二次電池における構成部材と要求特性--各種構成部材とそこに求められる特性と課題 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 技術情報協会セミナー
  • 発表場所: 北とぴあ(東京)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-26
• [学会発表] 多核金属錯体分子を活物質とした分子クラスター電池の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 社団法人新化学技術推進協会新素材技術部会講演会
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-15
• [学会発表] In situ XAFSを用いた分子クラスター電池の反応機構解明
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 第2回 名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 招待講演
• [学会発表] BL-2 電池反応におけるMnクラスターの電子状態変化の研究
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史
  • 学会等名: 立命館大学SRセンター研究成果報告会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 招待講演
• [図書] 次世代蓄電池の【最新】材料技術と性能評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史, 他
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 電気化学/インピーダンス測定のノウハウと正しいデータ解釈 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史, 他
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] リチウムに依存しない革新型二次電池 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川浩史、阿波賀邦夫, 他
  • 出版者: NTS
• [備考]
  • URL: http://advmat.chem.nagoya-u.ac.jp/yoshikawa.html
• [備考]
  • URL: http://advmat.chem.nagoya-u.ac.jp/yoshikawa.html
• [産業財産権] 電気二重層コンデンサ (2012)
  • 発明者名: 阿波賀邦夫、吉川浩史、佐藤正春
  • 権利者名: 名古屋大学、村田製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-207080
  • 出願年月日: 2012-09-20
  • 外国
• [産業財産権] 組成物、及び二次電池 (2012)
  • 発明者名: 阿波賀邦夫、吉川浩史、信原一敬、上村光浩
  • 権利者名: 名古屋大学、富士シリシア化学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-013261
  • 出願年月日: 2012-01-25
  • 外国