二次元錯体ナノシートの物性調査およびエネルギー貯蔵材料としての応用

有機分子と金属イオンの配位構造を骨格とする二次元状（もしくは層状）の化合物は配位ナノシートと呼ばれ、近年多くの分野で注目を集めている。本研究では、配位ナノシートの一種であるビス（ジイミノ）コバルトニッケルナノシート(CoxNi1-xDI)を合成し、電気化学に関連した性質を実験的・理論計算的な手法により調査した。合成したCoxNi1-xDIを電極材料としてリチウムイオン電池を作製し、CoxNi1-xDIの基礎的な電気化学特性を用いて調査した。コバルトのみでニッケルを含まない化合物（x = 1）の測定においては、化合物は明瞭な酸化還元反応を示さなかったが、少量のニッケルを加えることで化合物は酸化還元反応を示すようになった。また、電池材料としてのCoxNi1-xDIの性質を調査したところ、特定の測定条件下で、混合金属CoxNi1-xDIは単一金属の化合物よりも高い比容量を示した。電気化学測定で観察された挙動のメカニズムを明らかにするため、理論的な手法（DFT計算）を用いてCoxNi1-xDIの分析を行った。すると、酸化された状態の化合物において、コバルト原子とニッケル原子は異なる挙動をすることが明らかになった。さらに、各金属周辺の反結合性軌道のエネルギー準位の違いがCoxNi1-xDIの電池特性に影響していることを示唆する結果が得られている。本研究では、CoxNi1-xDIを様々な金属混合比で合成し、実験的・理論的アプローチでその電気化学特性を明らかにした。コバルトとニッケルは類似の電子構造を持つにもかかわらず、両金属を合わせることで配位ナノシートの電気化学特性を大きく変化させ、電池特性を部分的に向上させた。ここで得られた結果は、今後類似の化合物のエネルギー貯蔵性能を改良するための土台になると期待される。

有機分子と金属イオンの配位構造を骨格とする二次元状（もしくは層状）の化合物は配位ナノシートと呼ばれ、近年多くの分野で注目を集めている。本研究では、配位ナノシートの一種であるビス（ジイミノ）コバルトニッケルナノシート(CoxNi1-xDI)を合成し、電気化学に関連した性質を実験的・理論計算的な手法により調査した。合成したCoxNi1-xDIを電極材料としてリチウムイオン電池を作製し、CoxNi1-xDIの基礎的な電気化学特性を用いて調査した。コバルトのみでニッケルを含まない化合物（x = 1）の測定においては、化合物は明瞭な酸化還元反応を示さなかったが、少量のニッケルを加えることで化合物は酸化還元反応を示すようになった。また、電池材料としてのCoxNi1-xDIの性質を調査したところ、特定の測定条件下で、混合金属CoxNi1-xDIは単一金属の化合物よりも高い比容量を示した。電気化学測定で観察された挙動のメカニズムを明らかにするため、理論的な手法（DFT計算）を用いてCoxNi1-xDIの分析を行った。すると、酸化された状態の化合物において、コバルト原子とニッケル原子は異なる挙動をすることが明らかになった。さらに、各金属周辺の反結合性軌道のエネルギー準位の違いがCoxNi1-xDIの電池特性に影響していることを示唆する結果が得られている。本研究では、CoxNi1-xDIを様々な金属混合比で合成し、実験的・理論的アプローチでその電気化学特性を明らかにした。コバルトとニッケルは類似の電子構造を持つにもかかわらず、両金属を合わせることで配位ナノシートの電気化学特性を大きく変化させ、電池特性を部分的に向上させた。ここで得られた結果は、今後類似の化合物のエネルギー貯蔵性能を改良するための土台になると期待される。