高性能電極材料の実現を目指した空間制御型二次元配位ナノシートの創出

创建空间控制的二维配位纳米片，旨在实现高性能电极材料

• 批准号: 22K14569
• 负责人: 前田 啓明
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14569/
• 关键词: 配位ナノシート; 金属錯体; トリプチセン; 薄層化; ナノシート; 配位高分子; 電極材料

π共役系配位ナノシートは様々な電極材料としての応用が展開されてきているが、その高い平面構造による強い層間相互作用により容易に多層化し、機能性発現に重要な役割を持つ金属錯体部位が近接する層で遮蔽されるという課題があった。本研究では層間相互作用を抑制可能な配位子設計としてトリプチセン骨格からなる配位子を用いることを思い立った。本年度はトリプチセン骨格からなる配位子（ヘキサアミノトリプチセン）の合成、および配位ナノシートの気液二相界面を用いた合成を実施した。気液二相界面合成法により、ニッケルイオンとヘキサアミノトリプチセンからなる配位ナノシート（Ni-HATT）を獲得し、SEM/EDS、Raman分光法、X線光電子分光法、サイクリックボルタンメトリー、紫外可視吸光スペクトル、微小入射角X線散乱などの手法により同定した。また、Ni-HATTはトリプチセン骨格中のC-H結合が配位ナノシートの成す平面から直立するため層間相互作用が弱まることが期待される。Ni-HATTをイソプロパノール中に分散させ、超音波による剥離処理を行い、分散液をドロップキャストした。乾燥後の基板表面を原子間力顕微鏡で観察すると、６～７層程度に相当する膜厚約5 nmのシート構造が確認され、容易に薄膜化が行えることを示した。得られた成果について論文を執筆し、現在投稿中である。また、その他の金属イオンからなる配位ナノシートの合成検討を液液二相界面合成法、気液二相界面合成法にて進めている他、電解重合法による電極上への直接合成の検討も進めている。

π-共轭配位纳米片作为各种电极材料的应用已经被开发出来，但由于其高度平面结构导致的强层间相互作用，它们可以很容易地多层化，而金属配合物部分在表达功能，已经开发出来，问题是它被相邻层屏蔽。在这项研究中，我们提出了使用由三蝶烯骨架组成的配体作为可以抑制层间相互作用的配体设计的想法。今年，我们合成了由三蝶烯骨架（六氨基三蝶烯）组成的配体，并利用气液两相界面合成了配位纳米片。采用气液两相界面合成法制备了由镍离子和六氨基三蝶烯组成的配位纳米片（Ni-HATT），并通过SEM/EDS、拉曼光谱、X射线光电子能谱、循环伏安法和紫外分析等手段进行了分析。使用可见吸收光谱和小入射角X射线散射等技术进行鉴定。此外，在Ni-HATT中，三蝶烯骨架中的C-H键从配位纳米片形成的平面直立，这有望削弱层间相互作用。将Ni-HATT分散在异丙醇中，使用超声波剥离，并将分散体滴铸。当使用原子力显微镜观察干燥后的基材的表面时，确认了膜厚为约5nm、相当于约6至7层的片状结构，表明其可以容易地制成薄膜。我已经就所获得的结果写了一篇论文，目前正在提交。此外，我们正在研究利用液-液两相界面合成和气-液两相界面合成来合成由其他金属离子制成的配位纳米片，并且还在研究利用电解聚合在电极上直接合成。

项目成果

配位ナノシートの電気化学的合成と電極触媒特性評価

配位纳米片的电化学合成及电催化表征

• 发表时间: 2023
• 作者: 前田 啓明;藤野 真弓;長島 佐代子;西原 寛
• 通讯作者: 西原 寛

The smallest fraction of coordination nanosheet visualized by scanning tunneling microscopy under ultrahigh vacuum

超高真空下扫描隧道显微镜可视化的配位纳米片的最小部分

• 发表时间: 2022
• 作者: Naoya Fukui;Yu Endo;Miyu Ito;Kenji Takada;Hiroaki Maeda;Sayoko Nagashima;Hiroshi Nishihara
• 通讯作者: Hiroshi Nishihara

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Liquid-Liquid Interfacial Synthesis of Metal-Hexaaminobenzene Coordination Nanosheets for Tuning of Their Structures and Functions

金属-六氨基苯配位纳米片的液-液界面合成及其结构和功能的调控

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroaki Maeda;Kenji Takada;Naoya Fukui;Junzo Ukai;Nobutaka Honma;Sono Sasaki;Kenichi Kato;Hiroshi Nishihara
• 通讯作者: Hiroshi Nishihara

Comprehensive Inorganic Chemistry III, Third Edition, Chapter "Photochromic Materials"

综合无机化学III，第三版，章节“光致变色材料”

• 发表时间: 2023
• 作者: H. Maeda;M. Nishikawa;R. Sakamoto;H. Nishihara
• 通讯作者: H. Nishihara