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モリブデン、バナジウム、タングステンの各種ポリオキソ酸水溶液もしくはヘテロポリ酸水溶液を適切なpHで調整し、界面活性剤とのハイブリッド結晶を合成した。生成物を結晶化する際の溶媒、温度、pHを精密に制御することにより、複数種のポリ酸－界面活性剤ハイブリッド結晶を単結晶として得ることに成功した。X線構造解析の結果から、いずれも新規化合物であった。
界面活性剤として、脱プロトン可能なイオン液体を用いたハイブリッド結晶の合成にも成功した。ポリモリブデン酸を用いたイオン液体－ハイブリッド結晶について中温・無加湿条件下でのプロトン伝導性を検討したところ、5.5 x 10-6 S cm-1の伝導率を示した。
ポリバナジン酸を用いた場合には、合成時に使用する界面活性剤や再結晶時に共存させるイオンを変化させることにより、プロトンの数を制御して、ハイブリッド結晶中に導入できた。伝導性や材料の耐久性に向上の余地はあるものの、本研究の目標である中温・無加湿条件での高プロトン伝導性の発現できる材料を創製することに成功した。
また、ヘテロ環式界面活性剤を用いると、プロトンのみならず、ナトリウムイオンやマグネシウムイオンを取り込んだハイブリッド結晶を合成できることを見出した。ハイブリッド結晶中のポリ酸イオンの配列は、ポリ酸イオンや界面活性剤イオンの選択により、1次元的に配列したトンネル構造、もしくは2次元的に積層した層状構造を選択的に制御できる。すでにリチウムイオンを取り込んだハイブリッド結晶を合成する方法も確立しており、これらのアルカリ金属イオン含有ハイブリッド結晶は、次世代型二次電池向けの固体電解質や電極材料への応用が期待できる。
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