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2013 年度 実績報告書

固体プロトニクスに基づく新しい物性化学の展開

研究課題

研究課題/領域番号 23245012
研究機関京都大学

研究代表者

北川 宏  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90234244)

研究分担者 前里 光彦  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60324604)
魚谷 信夫  京都大学, 学内共同利用施設等, その他 (90602417)
研究期間 (年度) 2011-05-31 – 2014-03-31
キーワードプロトニクス / プロトン伝導 / 多項性金属錯体 / ナノ海面基盤技術 / 電極触媒
研究概要

多種多様な機能性を有するMOFを触媒やセンサ、電池の電極など、デバイスへの応用を検討する際、構造およびサイズが制御された薄膜の作製およびその他の構成要素(基板、電極、異種薄膜など)との集積が重要な課題である。本課題では、多孔性金属錯体を用いることにより、プロトン共役酸化還元特性に基づき、他に例をみない、水素吸着特性、水素吸着による連続的な物性制御、電子・プロトン伝導性などの新奇な現象、機能性を見出した。また、プロトン交換膜のナフィオンに匹敵するプロトン伝導性を達成した。プロトン伝導の拡散機構は、配位高分子の層骨格と高分子中に含まれる水分子を媒介としたものであることがわかった。架橋配位子の置換基効果が明らかとなり、今後の物質開発の指針を得た。架橋配位子置換基の改良により、ナフィオン膜を凌駕する超プロトン伝導体の開発が期待される。さらに、Layer-by Layer法などにより、機能が異なる多孔性金属錯体の集積手法を開発し、連続的なエネルギー操作が行えるナノ界面技術の基盤構築を行った。液相プロセスを基盤とした新規薄膜形成手法を開拓し、世界で初めて面内、面外ともに結晶性で且つナノスケールで膜厚が制御されたMOF薄膜の作製に成功した。放射光X線を用いた表面X線回折(XRD)手法により薄膜構造の詳細を調べたところ、結晶成長方向が完全に制御されており、高い配向選択性を有することが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Graphene Oxide Nanosheet with High Proton Conductivity2013

    • 著者名/発表者名
      M. Karim, K. Hatakeyama, T. Matsui, H. Takehira, T. Taniguchi, M. Koinuma, Y. Matsumoto, T. Akutagawa, T. Nakamura, S. Noro, T. Yamada, H. Kitagawa, S. Hayami
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc

      巻: 135巻 ページ: 8097-8100

    • DOI

      10.1021/ja401060q

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superprotonic Conductivity in a Highly Oriented Crystalline Metal-organic Framework Nanofilm2013

    • 著者名/発表者名
      G. Xu, K. Otsubo, T. Yamada, S. Sakaida, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 135 ページ: 7438-7441

    • DOI

      1021/ja402727d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discovery of Face-centered Cubic Ruthenium Nanoparticles: Facile Size-controlled Synthesis using the Chemical Reduction Method2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kusada, H. Kobayashi, T. Yamamoto, S. Matsumura, N. Sumi, K. Sato, K. Nagaoka, Y. Kubota, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 135 ページ: 5493-5496

    • DOI

      10.1021/ja311261s

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proton-Conductive Magnetic Metal-Organic Frameworks, {NR3(CH2COOH)}[MaIIMbIII(ox)3]:Effect of Carboxyl Residue upon Proton Conduction2013

    • 著者名/発表者名
      H. Okawa, M. Sadakiyo, T. Yamada, M. Maesato, M. Ohba, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 135 ページ: 2256-2262

    • DOI

      10.1021/ja309968u

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Changeover of the Thermodynamic Behavior for Hydrogen Storage in Rh with Increasing Nanoparticle Size2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kusada, H. Kobayashi, R. Ikeda, H. Morita, H. Kitagawa
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 55-56

    • DOI

      10.1246/cl.2013.55

    • 査読あり
  • [学会発表] 趣旨説明及び第5回CS3報告2014

    • 著者名/発表者名
      北川 宏
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学・東山キャンパス
    • 年月日
      20140328-20140328
    • 招待講演
  • [学会発表] Creation of Functional Materials on the Basis of Elemental Strategy2013

    • 著者名/発表者名
      北川 宏
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学・千原キャンパス
    • 年月日
      20131103-20131103
    • 招待講演
  • [学会発表] Conductive MOF Nanotube2013

    • 著者名/発表者名
      北川 宏
    • 学会等名
      10th International Symposium on Crystalline Organic Metals Superconductors and Magnets(ISCOM2013)
    • 発表場所
      Delta centre-ville, Quebec Canada
    • 年月日
      20130715-20130715
  • [学会発表] Solid-state Protonics in Organic-inorganic Hybrids2013

    • 著者名/発表者名
      北川 宏
    • 学会等名
      7th International Conference on materials for Advanced Technologies(ISCOM2013)
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention &Exhibition Centre , Singapore
    • 年月日
      20130703-20130703
    • 招待講演
  • [学会発表] Solid-State Protonics in Nano-Materials2013

    • 著者名/発表者名
      北川 宏
    • 学会等名
      2nd International Congress on Advanced Materials 2013
    • 発表場所
      Conference Center,Jiangsu University, China
    • 年月日
      20130517-20130517
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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