クラスレートハイドレートのもつイオン伝導機能の解明とモニタリング技術への展開

セミクラスレートハイドレート（SCH）（アンモニウム塩などの電解質から生成するためイオンハイドレートとも呼ばれる包接水和物の一種）は潜熱蓄熱材料として期待されている材料の１つである。本研究課題では、SCH生成のモニタリング技術の開発を目指し、SCHの基礎的な電気化学的物性および特性、機能を明らかにする研究に取り組んだ。本年度は、電極間に臭化テトラブチルアンモニウムをゲストとしたSCH単結晶を調製し、結晶粒界の影響など別要因を排除したSCH結晶内の真の電気伝導性を明らかにした。また、「何がどのようにSCH固体内を伝導しているのか？」を明らかにするため、重水を用いて調製したSCHにおいても同様の測定を行い、同位体効果などからプロトンがSCH結晶内での伝導種であることを示した。これらの結果から、SCH結晶格子を構成する水分子間をプロトンがホッピングする、すなわちプロトン伝導がSCH結晶内で起きていることを実験的に確認した。得られた成果は、原著論文として投稿し受理され、すでにオンライン上で公開されている。臭化物イオン以外のハロゲン化物イオンを用い調製した各種SCHにおいても同様の測定を行い、水分子とともにSCHを構成するアニオン種がプロトン伝導に大きく影響することも明らかにした。ハロゲン化物イオン以外のカルボン酸イオンなどを用いたSCHについても、測定を行い、水分子とアニオン、カチオンそれぞれの相互作用がどのようにプロトン伝導に影響するのか、明らかにする予定である。今後、モニタリング技術だけでなく、プロトン伝導性を活かした技術への展開も視野に入れ、プロトン伝導性を高めることを指向した研究も実施する予定である。

セミクラスレートハイドレート（SCH）（アンモニウム塩などの電解質から生成するためイオンハイドレートとも呼ばれる包接水和物の一種）は潜熱蓄熱材料として期待されている材料の１つである。本研究課題では、SCH生成のモニタリング技術の開発を目指し、SCHの基礎的な電気化学的物性および特性、機能を明らかにする研究に取り組んだ。本年度は、電極間に臭化テトラブチルアンモニウムをゲストとしたSCH単結晶を調製し、結晶粒界の影響など別要因を排除したSCH結晶内の真の電気伝導性を明らかにした。また、「何がどのようにSCH固体内を伝導しているのか？」を明らかにするため、重水を用いて調製したSCHにおいても同様の測定を行い、同位体効果などからプロトンがSCH結晶内での伝導種であることを示した。これらの結果から、SCH結晶格子を構成する水分子間をプロトンがホッピングする、すなわちプロトン伝導がSCH結晶内で起きていることを実験的に確認した。得られた成果は、原著論文として投稿し受理され、すでにオンライン上で公開されている。臭化物イオン以外のハロゲン化物イオンを用い調製した各種SCHにおいても同様の測定を行い、水分子とともにSCHを構成するアニオン種がプロトン伝導に大きく影響することも明らかにした。ハロゲン化物イオン以外のカルボン酸イオンなどを用いたSCHについても、測定を行い、水分子とアニオン、カチオンそれぞれの相互作用がどのようにプロトン伝導に影響するのか、明らかにする予定である。今後、モニタリング技術だけでなく、プロトン伝導性を活かした技術への展開も視野に入れ、プロトン伝導性を高めることを指向した研究も実施する予定である。