Establishment of a novel carrier doping method for molecular crystals and precise electronic state control

分子晶体新型载流子掺杂方法的建立及精确电子态控制

• 批准号: 22KJ2334
• 负责人: 眞邉 潤
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2334/
• 关键词: イオン交換; クラウンエーテル; 単結晶X線構造解析; 電気伝導性

【研究目的】本研究では、イオン交換機能を利用したキャリア量制御法の開発を目指す。対象物質として、クラウンエーテルによって形成されるイオンチャネル構造と、局在電子系を形成する[Ni(dmit)2]が共存した結晶Li2([18]crown-6)3[Ni(dmit)2]2 (Li塩)を用いる。このLi塩を金属イオンが含まれた水溶液中に浸すと、結晶内のLi＋と水溶液中の金属イオンが交換される。この機能を利用してCa2＋イオンと電子受容性のCu2＋イオンを同時に交換することで、結晶に注入するキャリア量の制御を行う。【実施計画と成果】本年度は、Ca2+イオン交換後の結晶に対する単結晶X線構造解析やイオン交換機構の検討及び、Ca2+イオンとCu2+イオンの同時交換とその元素分析・電気伝導性評価を目指した。まず、Li塩をCa2+イオンを含む水溶液中に浸したイオン交換後の結晶（Ca塩）について単結晶X線構造解析を行った。その結果、Ca塩の超分子カチオンユニット中のクラウンエーテルの数は、Li塩に比べて減少しており、このイオン交換ではLi+イオンだけでなく結晶中のクラウンエーテルも水溶液中へ放出されることが明らかになった。また、Ca2+イオンと等量程度のクラウンエーテルが含まれた水溶液中にLi塩を浸してもイオン交換は進行しないことから、水溶液中の過剰なクラウンエーテルがイオン交換に影響を及ぼすことを明らかにした。次いで、Ca2+イオンとCu2+イオンの濃度比を調製した水溶液を用いてイオン交換を行った。この際、結晶中にCa2+イオンとCu2+イオンが同時に導入されることで、結晶中のキャリア量を制御できる。実際に交換を行った試料に対してEPMA測定を行った結果、両イオンが結晶中に導入されることが明らかになった。さらに、交換後の結晶の室温抵抗率は、Li塩に比べて6桁も低下することを確認した。

【 Research Objective 】 In this study, it is found that the で and <s:1> <s:1> switches can を utilize the <s:1> quantity control method to develop を mesh fingers す. Like material seaborne と し て, ク ラ ウ ン エ ー テ ル に よ っ て form さ れ る イ オ ン チ ャ ネ ル tectonic と, bureau in the department of electronics を form す る [Ni (dmit) 2] が coexistence し た crystallization Li2 ([18] the crown - 6) 3 [Ni (dmit) 2] 2 (Li salt) を with い る. こ の Li salt を metal イ オ ン が containing ま れ た に in aqueous solution leaching す と, crystallization の Li + と の metal in the aqueous solution イ オ ン が exchange さ れ る. を こ の function using し て Ca2 + イ オ ン と electronic by capacitive の Cu2 + イ オ ン を に exchange at the same time す る こ と で, crystallization に injection す る キ ャ リ ア quantity の suppression う を line. This year be applied plan と results 】 【 は, Ca2 + イ オ ン exchange after crystallization の に す seaborne る 単 crystal X-ray structural analysis や イ オ ン exchange agencies の beg and び, Ca2 + 検 イ オ ン と Cu2 + イ オ ン の and exchange と そ の element analysis, electric 気 伝 conductivity review 価 を refers し た. ま ず, Li salt を Ca2 + イ オ ン を に leaching in aqueous solution containing む し た イ オ ン の crystallization (Ca salt) after exchange に つ い て 単 crystal X-ray structural analysis line を っ た. そ の results, the Ca salt の supramolecular カ チ オ ン ユ ニ ッ ト in の ク ラ ウ ン エ ー テ ル の は, Li salt に than べ て reduce し て お り, こ の イ オ ン exchange で は Li + イ オ ン だ け で な く crystallization of の ク ラ ウ ン エ ー テ ル も へ released in aqueous solution さ れ る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, Ca2 + イ オ ン と equivalent degree の ク ラ ウ ン エ ー テ ル が containing ま れ た in aqueous solution, に Li salt を leaching し て も イ オ exchange ン は し な い こ と か ら, の in aqueous solution, turning な ク ラ ウ ン エ ー テ ル が イ オ ン exchange に influence を and ぼ す こ と を Ming ら か に し た. The concentration ratio of the secondary で で, Ca2+ <s:1> <s:1> と とCu2+ <s:1> <e:1> <s:1> を を to prepare the <s:1> た aqueous solution を is を to exchange を rows った with て て <e:1> <e:1>. こ の interstate, crystallization に Ca2 + イ オ ン と Cu2 + イ オ ン が simultaneously に import さ れ る こ と で, crystallization の キ ャ リ ア quantity を suppression で き る. Line be international exchange を に っ た sample に し seaborne て EPMA line measurement を っ た results, struck イ オ ン が crystallization of に import さ れ る こ と が Ming ら か に な っ た. Youdaoplaceholder0, the room-temperature resistance of the <s:1> crystallization <e:1> after exchange,, and the salt に of Li are all lower than べて6. Youdaoplaceholder3 <s:1> とを とを confirm that た た.

项目成果

Capture and release of ions and molecules through an ion exchange function based on a supramolecular cation system

通过基于超分子阳离子系统的离子交换功能捕获和释放离子和分子

• 发表时间: 2022
• 作者: Jun Manabe;Sadafumi Nishohara
• 通讯作者: Sadafumi Nishohara

Development of capture and release of ions and molecules in Ni(dmit)2 crystals responding to the solution environment

Ni(dmit)2 晶体中离子和分子的捕获和释放对溶液环境的响应的发展

• 发表时间: 2023
• 作者: Jun Manabe;Mizuki Ito;Katsuya Ichihashi;Daisuke Konno;Masaru Fujibayashi;Goulven Cosquer;Katsuya Inoue;Tomoyuki Akutagawa;Kiyonori Takahashi;Takayoshi Nakamura;Sadafumi Nishihara
• 通讯作者: Sadafumi Nishihara

Capture and release of ion and molecule using ion channel structure in Ni(dmit)2 single crystal

利用Ni(dmit)2单晶中的离子通道结构捕获和释放离子和分子

• 发表时间: 2022
• 作者: Jun Manabe;Mizuki Ito;Katsuya Ichihashi;Daisuke Konno;Masaru Fujibayashi;Goulven Cosquer;Katsuya Inoue;Tomoyuki Akutagawa;Takayoshi Nakamura;Sadafumi Nishihara
• 通讯作者: Sadafumi Nishihara

[18]crown-6イオンチャネル構造を有する[Ni(dmit)2]塩の固相イオン・分子交換機能の開拓

[18]冠6离子通道结构[Ni(dmit)2]盐固相离子/分子交换功能的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 眞邉 潤;伊藤 みづき;市橋 克哉;今野 大輔;藤林 将;Cosquer Goulven;井上 克也;芥川 智行;中村 貴義;西原 禎文
• 通讯作者: 西原 禎文

イオンチャネル構造を有する[Ni(dmit)2] 結晶を用いた固相分子・イオン交換機能の開拓

使用具有离子通道结构的[Ni(dmit)2]晶体开发固相分子/离子交换功能

• 发表时间: 2022
• 作者: 眞邉 潤;伊藤 みづき;市橋 克哉;今野 大輔;藤林 将;Cosquer Goulven;井上 克也;芥川 智行;中村 貴義;西原 禎文
• 通讯作者: 西原 禎文