【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.20】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24MS1026
利用課題名 / Title
強い水素結合鎖を有する分子性伝導体(ImH)[HEDT-TTF-dc]2の物性研究
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
分子性伝導体, 強い水素結合, TTF, 電極材料,エレクトロデバイス/ Electronic device,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
周 彪
所属名 / Affiliation
日本大学 文理学部 化学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
MS-218：SQUID（MPMS-7）
MS-219：SQUID（MPMS-XL7）
MS-220：SQUID (MPMS3 DC)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
最近申請者らは、類似ドナー分子H2EDT-TTF-dc(ethylenedithio-tetrathiafulvalene dicarboxylic acids)と分子間水素結合を形成しやすいイミダゾリウム(ImH+)を用いて、アニオンドナーとカチオンアクセプターの間に、対称的と非対称的な分子間水素結合を有する二種類の新規分子性伝導体(ImH)[HEDT-TTF-dc]2単結晶の合成に成功した。特に、非対称的な分子間水素結合を有する結晶では、ImH+カチオンは面内回転による配向が乱れており、水素結合鎖を形成し、プロトン伝導性と電子伝導性が共存する可能性が高いと示唆されている。本研究では、プロトンの動きや水素結合相互作用と物性の関係をより深く理解するため、二種類の新規分子性伝導体(ImH)[HEDT-TTF-dc]2について、構造解析、伝導度、磁化率等の物性測定、理論計算を行う。
実験 / Experimental
結晶作成、構造解析、伝導度測定、DFT計算などは日本大学文理学部化学科で行った。分子科学研究所でのSQUID型磁化測定装置Quantum Design MPMS-7 (MS-218)、MPMS-XL7 (MS-219)及びMPMS-3 (MS-220)を用いて磁気特性の測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
今年度では、メタノールを溶媒として、ヨウ素を用いた化学酸化を行い、黒色針状結晶(ImH)[H(etdc)]2·MeOHを得た。単結晶X線構造解析の結果、
(ImH)[H(etdc)]2·MeCNとは異なる構造を持つことが確認された。図1に示すように、(ImH)[H(etdc)]2·MeOHは、1つのカチオンと2つのアニオン、および1つのディスオーダーしているメタノール分子から構成される左右対称な構造を有している。また、カチオンとアニオンの間には2.767 Å、メタノールとアニオンの間には2.912 Åの強い水素結合が存在し、平面状の分子ユニットを形成している。さらに、分子ユニットは図2に示すようにパッキングされており、アニオン間にはside-by-sideおよびface-to-face配向で最短3.422 Åの硫黄間接触が多数存在し、二次元的な伝導パスを形成している。図3に示すように、DFTに基づいた電子バンド構造の計算結果では、a*方向に二次元の伝導体に特有な円筒状のフェルミ面を持つことが分かった。結晶構造及びDFT計算より、二次元の伝導体であることが示唆された。(ImH)[H(etdc)]2·MeOH単結晶の電気抵抗率を四端子法により測定したところ、室温で約50 S/cmの高い電気伝導性を示し、金属的な振る舞いを示した。非対称的な分子間水素結合を有する結晶(ImH)[H(etdc)]2·MeCNと比べて、高い伝導性は、対称的で均一な距離の硫黄間接触の形成に起因すると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Ryota Nakajima, A simple pure organic single-component molecular conductor, [HEDT-TTF-dc], based on protonic-defected dicarboxylic acid, Solid State Communications, 389, 115582(2024).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssc.2024.115582
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 田中翔悟、亀渕 萌、周 彪、「強い分子間水素結合を有する分子性伝導体(ImH)x[H(etdc)]yの溶媒による構造制御と物性」、第18回分子科学討論会2024 (京都大学、2024年9月)
- 高石直輝、渋谷知宙、亀渕 萌、周 彪、「プロトン応答性ヘテロレプティック銅(I)2核錯体を用いた透明発光体の開発とプロトン伝導性」、第18回分子科学討論会2024 (京都大学、2024年9月)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件