| 研究課題/領域番号 |
23K17952
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
内田 さやか 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10361510)
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| 研究分担者 |
桐谷 乃輔 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80568030)
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| 研究期間 (年度) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | ポリオキソメタレート / 極性酸化物クラスター / プロトン伝導 / 酸化物クラスター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水素イオン伝導体はエレクトロニクスデバイスの要となる材料である。生体内では外部刺激による動的なプロトン輸送がなされており，有機プロトン伝導体を舞台として電場や光を外場としたプロトン伝導性の変調が報告されているが無機については知られていない。本課題では外場として直流電圧を選択し，極性酸化物クラスターを構成要素とする複合体の合成と高速プロトン伝導の実現，外場によるプロトン伝導性の変調と全固体プロトン電気二重層トランジスタデバイスへの展開を行う。
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| 研究実績の概要 |
ポリオキソメタレート（POMs）は、金属酸化物の断片と見なすことができる陰イオン性のナノサイズのオキソクラスターであり、その多様な組成と構造が広範に研究され、触媒や電子工学など様々な分野での応用が期待されている。触媒や電子工学に関連するプロトン伝導は、材料化学で注目を集めており、POMアニオンはプロトン担体の密度と移動性において有利である。最近、強誘電性を示す極性POMへの注目が高まっているが、極性がプロトン伝導に対して負の影響を示すと考えられていたため研究例は少ない。本研究では、極性POMを使用し、水やポリマーなどの極性のあるプロトン伝導種を配列させ、効率的なプロトン伝導経路を構築できることを示した。具体的には、プレイスラー型の極性POMとカリウムイオンから成るイオン結晶を示し、実用的な応用に必要とされる10－2 S/cmを超える超高プロトン伝導性を示した。これに対し、非極性POMを含むイオン結晶は、プロトン伝導性が一桁低いことがわかった。構造（単結晶X線構造解析）および分光学的研究（赤外分光）と理論計算（DFT, 分子力学計算）を組み合わせ、プロトン伝導種が極性POM配列により整列し、プロトン伝導に有利な水素結合ネットワークを形成することが明らかになった。本研究により、POM分子の設計による分子化学と長距離プロトン伝導メカニズムの探索による固体化学を統合による材料設計が可能となった。
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| 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
現在、本研究に即した基礎科学的な内容について一通りまとまり、論文投稿中（JACS in revision）なので。
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| 今後の研究の推進方策 |
適切な極性POM、ポリマー、対カチオン（カリウムイオン以外）の選択により、よりプロトン伝導性能が高い結晶性複合体の合成を行う。それとともに、デバイス化の研究を進める。
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