電気化学的ドーピングによるレドックスMOFsの連続的キャリア制御

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02729
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高石 慎也 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10396418)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 多孔性配位高分子 / 酸化還元 / リチウムイオン電池 / ダブルデッカー / 熱電

研究実績の概要

レドックス活性を有する多孔性配位高分子の開発を行い、リチウムイオン電池の大容量カソード材料の開発を行った。
これまで、２電子レドックス分子である2,5-ジヒドロキシベンゾキノンを用いたMOFsであるFe(dhbq)(H2O)2の合成に成功し、本MOFが脱水により多孔性を獲得するとともに、電気伝導度が約1万倍向上することを明らかにした。また本MOFをリチウムイオン電池のカソードとして用いることで、270mAh/gという大きい放電容量を得た。また、Fe3+とdhbq配位子からなる新規MOFであるFe2(dhbq)3の開発に成功し、本錯体が多孔性と高い電気伝導性を有することを見出すとともに、本錯体がリチウムイオン電池の正極として、300mAh/gという極めて大きい放電容量を有することを明らかにした。
また、フタロシアニンがセリウムイオンをサンドイッチしたダブルデッカー型錯体Ce(Pc)2において部分酸化による一次元MOFを合成することに成功し、本錯体が金属伝導性を示すことを明らかにした。ダブルデッカー型錯体において金属伝導性を示した初の例である。また、本錯体は電気化学的に還元することで中性体も単離することが出来、中性体は一部のセリウムイオンが3+に還元されていることを明らかにした。すなわち、フタロシアニンのπ軌道とセリウムイオンのｆ軌道が拮抗した新規f-π電子系であることを明らかにした。また、本錯体において、別の希土類イオンを用いた場合は伝導キャリアが電子であるのに対し、セリウムイオンの場合は伝導キャリアが正孔であることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Intramolecular Ferromagnetism in Di‐Nuclear 3d‐Transition‐Metal Single‐Molecule Magnets by Pseudo‐Serial Arrangement (2023)
  • 著者名/発表者名: Wakizaka Masanori、Sato Tetsu、Yoshino Yuko、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 29 ページ: e202203421
  • DOI: 10.1002/chem.202203421
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recent progress on unusual halogen-bridged Pd(III) chain compounds realized by weak ligand field and triple hydrogen bond approaches (2023)
  • 著者名/発表者名: Mian Mohammad Rasel、Wakizaka Masanori、Yoshida Takefumi、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Coordination Chemistry Reviews 巻: 475 ページ: 214878～214878
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214878
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Porous Mn2+Magnet with a P-Cl Framework: Correlation between Water Vapor Adsorption/Desorption and Slow Magnetic Relaxation (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Hirotaka、Uchida Kaiji、Yoshida Takefumi、Horii Yoji、Sato Tetsu、Luming Zhang、Yamashita Satoshi、Nakazawa Yasuhiro、Agulto Verdad C.、Nakajima Makoto、Breedlove Brian K.、Yamashita Masahiro、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 24 ページ: e202200618
  • DOI: 10.1002/cphc.202200618
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Orthogonal Grade-Separated Nanowiring of Molecular Single Chains (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Hirotaka、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya、Sato Tetsu、Breedlove Brian K.、Ishikawa Ryuta、Kawata Satoshi、Wan Qingyun、Wakizaka Masanori、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 35 ページ: 116～122
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c02720
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Layered metal-organic frameworks and metal-organic nanosheets as functional materials (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Ryota、Fukui Naoya、Maeda Hiroaki、Toyoda Ryojun、Takaishi Shinya、Tanabe Tappei、Komeda Joe、Amo-Ochoa Pilar、Zamora F?lix、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: Coordination Chemistry Reviews 巻: 472 ページ: 214787
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214787
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Macro- and atomic-scale observations of a one-dimensional heterojunction in a nickel and palladium nanowire complex (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakizaka Masanori、Kumagai Shohei、Wu Hashen、Sonobe Takuya、Iguchi Hiroaki、Yoshida Takefumi、Yamashita Masahiro、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 1188
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28875-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heterospin frustration in a metal-fullerene-bonded semiconductive antiferromagnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Shen Yongbing、Cui Mengxing、Takaishi Shinya、Kawasoko Hideyuki、Sugimoto Kunihisa、Tsumuraya Takao、Otsuka Akihiro、Kwon Eunsang、Yoshida Takefumi、Hoshino Norihisa、Kawachi Kazuhiko、Kasama Yasuhiko、Akutagawa Tomoyuki、Fukumura Tomoteru、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 495
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28134-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Benzenetriimide‐Based Molecular Conductor with Antiferro‐ to Ferromagnetic Switching Induced by Structural Change of π‐stacked Array (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyama Shohei、Horii Yoji、Sato Tetsu、Takaishi Shinya、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Iguchi Hiroaki
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 23 ページ: e202200322
  • DOI: 10.1002/cphc.202200322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen Bonding Propagated Phase Separation in Quasi-Epitaxial Single Crystals: A Pd?Br Molecular Insulator (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takefumi、Takaishi Shinya、Guerin Laurent、Kojima Tatsuhiro、Ohtsu Hiroyoshi、Kawano Masaki、Miyamoto Tatsuya、Okamoto Hiroshi、Kato Kenichi、Takata Masaki、Hosomi Yuka、Yoshida Shoji、Shigekawa Hidemi、Tanaka Hisaaki、Kuroda Shin-ichi、Iguchi Hiroaki、Breedlove Brian K.、Li Zhao-Yang、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 61 ページ: 14067～14074
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c02078
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Trimetallic Mixture of Ni(III), Pd(III) and Au(III) Ions in a Molecule-Based Bromide-Bridged MX-Chain Compound (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakizaka Masanori、Wu Hashen、Li Zhao-Yang、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 95 ページ: 1032～1038
  • DOI: 10.1246/bcsj.20220137
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ni(III) Mott-Hubbard-like State Containing High-Spin Ni(II) in a Semiconductive Bromide-Bridged Ni-Chain Compound (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakizaka Masanori、Mian Mohammad Rasel、Yoshida Takefumi、Sato Tetsu、Tanaka Hisaaki、Miyamoto Tatsuya、Okamoto Hiroshi、Takaishi Shinya、Iguchi Hiroaki、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 61 ページ: 9504～9513
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c00473
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Syntheses, Structures, and Properties of Coordination Polymers with 2,5-Dihydroxy-1,4-Benzoquinone and 4,4′-Bipyridyl Synthesized by In Situ Hydrolysis Method (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamazui Daiki、Uchida Kaiji、Koyama Shohei、Wu Bin、Iguchi Hiroaki、Kosaka Wataru、Miyasaka Hitoshi、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 7 ページ: 18259～18266
  • DOI: 10.1021/acsomega.1c07077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An electrically conductive metallocycle: densely packed molecular hexagons with π-stacked radicals (2022)
  • 著者名/発表者名: Cui Mengxing、Murase Ryuichi、Shen Yongbing、Sato Tetsu、Koyama Shohei、Uchida Kaiji、Tanabe Tappei、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro、Iguchi Hiroaki
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 13 ページ: 4902～4908
  • DOI: 10.1039/d2sc00447j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidating 2D Charge‐Density‐Wave Atomic Structure in an MX-Chain by the 3D‐ΔPair Distribution Function Method (2022)
  • 著者名/発表者名: Guerin Laurent、Yoshida Takefumi、Zatterin Edoardo、Simonov Arkadiy、Chernyshov Dmitry、Iguchi Hiroaki、Toudic Bertrand、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 23 ページ: e202100857
  • DOI: 10.1002/cphc.202100857
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bromine Vapor Induced Continuous p- to n-Type Conversion of a Semiconductive Metal-Organic Framework Cu[Cu(pdt)2] (2022)
  • 著者名/発表者名: Gupta Shraddha、Tanaka Haruki、Sato Tetsu、Ye Shen、Breedlove Brian K.、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 61 ページ: 4414～4420
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c03933
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermally induced electron-hole dissociation dynamics in quasi-one-dimensional bromo-bridged palladium(iii) Mott-insulator [Pd(en)2Br](Suc-Cn)2・H2O (Cn-Y = dialkylsulfosuccinate; n = 5 and 6) (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Shohei、Iguchi Hiroaki、Yamashita Masahiro、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 24 ページ: 7978～7982
  • DOI: 10.1039/d2cp00051b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge-density-wave Amplitude in Quasi-one-dimensional Halogen-bridged Palladium Complex, [Pd(15N-en)2Br](Suc-C5)2・H2O (Suc-C5 = Dipentylsulfosuccinate), Estimated by 15N Solid-state NMR (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Shohei、Iguchi Hiroaki、Yamashita Masahiro、Takeda Sadamu、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 51 ページ: 281～283
  • DOI: 10.1246/cl.210804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hidden Heterometallic Interaction Emerging from Resonant Inelastic X-ray Scattering in Luminescent Tb?Pt Molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takefumi、Shabana Ahmed、Izuogu David Chukwuma、Fuku Kentaro、Sato Tetsu、Zhang Haitao、Yamamoto Yukina、Kamata Jun、Ohmagari Hitomi、Hasegawa Miki、Cosquer Goulven、Takaishi Shinya、Kaneko Takuma、Uruga Tomoya、Iwasawa Yasuhiro、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 126 ページ: 7973～7979
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c01396
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Insight into the Gd-Pt Bond: Slow Magnetic Relaxation of a Heterometallic Gd?Pt Complex (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takefumi、Shabana Ahmed、Zhang Haitao、Izuogu David Chukwuma、Sato Tetsu、Fuku Kentaro、Abe Hitoshi、Horii Yoji、Cosquer Goulven、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Thom Alex J. W.、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 95 ページ: 513～521
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210429
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 自動ピペットロボットの開発とハイスループットスクリーニングによる三元系MOFの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高石慎也、新沼綾花、河本浩明
  • 学会等名: 日本化学会第１０２回春季年会
• [学会発表] Chromatography separation of hydrogen isotopes at ambient temperature using dihydrogen complexes (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinya Takaishi
  • 学会等名: 72th JSCC meeting
  • 招待講演