Development of anhydrous organic superprotonic conduction by utilizing various molecular dynamics and hydrogen bonding networks

利用各种分子动力学和氢键网络开发无水有机超质子传导

• 批准号: 21K18597
• 负责人: 森 初果
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18597/
• 关键词: 無水超プロトン伝導; プロトン互変異性; 分子運動; 水素結合ネットワーク; 分子性物質; 多次元性

多様なエネルギーの中でも、極めてクリーンなエネルギーとして長らく注目されてきた水素から電気エネルギーを取り出す燃料電池に注目が集まっている。現在、燃料電池の電解質として、液漏れがなく環境調和型で、中温度域でも利用できる無水の有機固体プロトン電解質の研究が必要とされている。その無水有機プロトン伝導体の中で、比較的プロトン伝導性の高い酸―塩基型のジカルボン酸―イミダゾールの物性研究で、伝導を担う分子の運動がプロトン伝導を促進すること、さらに水素結合ネットワークの多次元性が重要であることが示唆されている。そこで(I)多彩な分子運動に着目した無水有機プロトン伝導体を設計・合成し、(II)３次元に水素結合が広がった結晶において、分子の運動、結晶構造、およびプロトン伝導性（温度依存性、周波数依存性）の相関より伝導機構解明を行い、(III)室温での超プロトン伝導(＞ 0.001 S/cm)の開拓に挑むことを目的としている。本年度は、酸―塩基型無水有機プロトン伝導体として、酸、塩基とも分子運動をすると考えられるメタンスルホン酸―イミダゾリウムあるいは1,2,4-トリアゾリウムの単結晶塩を合成し、各々、443 K、および388 Kで0.001 S/cmを超える超プロトン伝導となることを見出した。さらに、2次元的な水素結合ネットワークであるにもかかわらず、等方的なプロトン伝導を示すことも明らかにした。今後は、カチオンの分子運動を実験、理論からも調査し、高プロトン伝導性の起源を明らかにて物質設計指針を確立する予定である。

In more than others in な エ ネ ル ギ ー の で も, extremely め て ク リ ー ン な エ ネ ル ギ ー と し て long ら く attention さ れ て き た water element か ら electric 気 エ ネ ル ギ ー を take り out す fuel cell に attention が set ま っ て い る. Now, fuel cell の electrolyte と し て, liquid leakage れ が な く environment temperature fields in harmonic で, で も using で き る anhydrous の organic solid プ ロ ト ン electrolyte の research が necessary と さ れ て い る. そ の anhydrous organic プ ロ ト ン 伝 conductor の で, comparison of プ ロ ト ン 伝 conductivity high の い acid - salt base type の ジ カ ル ボ ン acid - イ ミ ダ ゾ ー ル で の property research, 伝 を bear う molecular の movement が プ ロ ト ン 伝 guide を promote す る こ と, さ ら に water element combination ネ ッ ト ワ ー ク の multidimensional が important で あ る こ と が in stopping さ れ て い る. そ こ で (I) and colorful な molecular motion に with mesh し た anhydrous organic プ ロ ト ン 伝 conductor を し design, synthesis, and (II) three yuan に water element combination が hiroo が っ た crystallization に お い て, molecular の movement, crystalline structure, お よ び プ ロ ト ン 伝 conductivity (temperature dependence and frequency dependence) の phase masato よ り 伝 guide line and interpret を い, (III) at room temperature で の Beyond プロト 伝 伝 伝 (> 0.001 S/cm), <s:1> development に selects む と とを とを purpose と と て る る る る る. This year は, acid, anhydrous salt basic organic プ ロ ト ン 伝 conductor と し て, acid, salt と も molecular motion を す る と exam え ら れ る メ タ ン ス ル ホ ン acid - イ ミ ダ ゾ リ ウ ム あ る い は 1 4-trichlorobenzene ト リ ア ゾ リ ウ ム の 単 crystallization salt を synthetic し, each 々, 443 K, お よ び で 0.001 388 K S/cmを superえ る superプ ロト 伝 伝 derivative となる とを とを とを is seen in とを た. さ ら に, 2 dimensional な water element combination ネ ッ ト ワ ー ク で あ る に も か か わ ら ず, such as party な プ ロ ト ン 伝 guide を shown す こ と も Ming ら か に し た. Future は, カ チ オ ン の molecular motion を be 験, theoretical か ら も し, survey プ ロ ト ン 伝 conductivity の origin を Ming ら か に て material design pointer を establish す る designated で あ る.

项目成果

ニッケルカテコールジチオレン錯体における多段階脱プロトン共役電子酸化による多様な集積構造と磁性・電子状態変調

通过多步去质子化和共轭电子氧化，镍儿茶酚二硫醇络合物的多种集成结构和磁电子态调节

• 发表时间: 2021
• 作者: Ueda Akira;Kishimoto Kouki;Isono Takayuki;Yamada Shota;Kamo Hiromichi;Kobayashi Kensuke;Kumai Reiji;Murakami Youichi;Gouchi Jun;Uwatoko Yoshiya;Nishio Yutaka;Mori Hatsumi;Ueda Akira;〇上田 顕;〇園田 啓太，末棟 太朗，鈴木 修一，草本 哲郎，上田 顕;北山 元晴，出倉 駿，藤野 智子，上田 顕，郷地 順，上床 美也，今城 周作，金道 浩一，浅井 晋一朗，益田 隆嗣，橋本 顕一郎，田嶋 尚也，森 初果;園田 啓太，上田 顕;上田 顕;加藤 浩之，上田 顕，藤野 智子，兼松 佑典，山田 剛司，立川 仁典，吉信 淳，森 初果;横森 創，出倉 駿，上田 顕，熊井 玲児，村上 洋一，森 初果
• 通讯作者: 横森 創，出倉 駿，上田 顕，熊井 玲児，村上 洋一，森 初果

Oligomer-based Conductors that Modeled Doped PEDOT

模拟掺杂 PEDOT 的低聚物基导体

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Fujino;K. Onozuka;R. Kameyama;K. Matsuo;S. Dekura;H. Mori
• 通讯作者: H. Mori

リン酸5-アミノテトラゾリウム単結晶におけるプロトン互変異性に基づく無水プロトン伝導”、

基于5-氨基四唑磷酸单晶中质子互变异构的无水质子传导”，

• 发表时间: 2022
• 作者: 出倉駿;森初果
• 通讯作者: 森初果

Novel proton-electron coupled functionalities in molecular materials

分子材料中的新型质子电子耦合功能

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Mori;Shun Dekura;So Yokomori;Kaito Nishioka
• 通讯作者: Kaito Nishioka

1,2,3-トリアゾール?リン酸塩単結晶における 等方的無水超プロトン伝導

1,2,3-三唑磷酸盐单晶中的各向同性无水超质子传导

• 发表时间: 2021
• 作者: 西岡海人，出倉駿，森初果;分子科学討論会
• 通讯作者: 分子科学討論会