Electronics and ionics of coordination-polymer nanocrystal thin films by using carbon-nanotube electrodes

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カーボンナノチューブの「無加圧転写膜」を用い2電極素子を自在に設計・構築することで、膜厚方向から電子情報を高効率で抽出する「配位高分子ナノ結晶薄膜のエレクトロ・イオニクス」を総合的に展開している。本年度は、「プルシアンブルー(PB)の多重結合骨格を介した半導体類似機構」、これに連動した「格子空間のアルカリ金属イオン拡散機構を解明」について研究を実施した。本研究の基盤技術「単層カーボンナノチューブ薄膜のフィルター転写法」については、Adv. Mater. Interfaces 2021, 8, 2100953 (inside back cover)に論文が掲載された。また、単層カーボンナノチューブ(SWNT)の導電性を補完する銀ナノワイヤや銀マイクロプレートを積層した新しい電極構造体の転写法を確立し、論文2報が投稿中である。PB及びその類似体PBAナノ結晶分散液を用いスピンコート法によりナノ結晶薄膜を作製した。その数十～数百nmの膜厚方向からの電気伝導・イオン伝導情報を効率よく抽出するために最適な電気化学セル構造を設計した。交流インピーダンス法を適用し、ナノ結晶薄膜中にナノ結晶個々の表面修飾フェロシアン酸イオン由来のアルカリ金属イオンの情報の抽出に初めて成功した。従来、電極間の距離に対して電極面積が小さい電極構造では、緩慢に動くイオン伝導は、周波数・伝導度領域から外れるためその特定が困難であったが、SWNT薄膜電極を使ったセル設計によりそれが可能であることを明らかにできた。PB及びPBAのd-π電子系骨格の電子/ホール伝導挙動を調べ、PBにおいては、その電子ドーピング型（プルシアンホワイト（PW））とホールドーピング型(プルシアンイエロー（PY））が伝導相であり、PBが絶縁相であることを明確にできた。表面修飾フェロシアン酸イオンがPBに伝導相を生じさせる現象も発見した。