Co-MOF-74の1次元チャネルを介した異方性プロトン伝導率の湿度依存性

Humidity-Mediated Anisotropic Proton Conductivity through the 1D Channels of Co-MOF-74.

• Ali Javed
• Ina Strauss
• Hana Bunzen
• Jürgen Caro
• Michael Tiemann

抄録

ソルボサーマル合成により数百ミクロンの大型Co-MOF-74結晶を作製し、走査型電子顕微鏡(SEM),赤外分光法,ラマン分光法によりその構造と形態を評価した。また、温度依存性X線回折により、60℃,93%相対湿度での水熱安定性を確認した。プロトン伝導率は、単結晶を用いたインピーダンス分光法により研究した。相対湿度(70〜95%),温度(21〜60℃)及び電位に対する結晶の向きを変化させることにより、プロトン伝導は主にCo-MOF-74の直線的な一方向(1D)の微細孔チャネルを介して起こり、チャネル内の水分子がグロットソス型のメカニズムによりプロトンの移動に関与していることが明らかになった。

Large Co-MOF-74 crystals of a few hundred micrometers were prepared by solvothermal synthesis, and their structure and morphology were characterized by scanning electron microscopy (SEM), IR, and Raman spectroscopy. The hydrothermal stability of the material up to 60 °C at 93% relative humidity was verified by temperature-dependent XRD. Proton conductivity was studied by impedance spectroscopy, using a single crystal. By varying the relative humidity (70-95%), temperature (21-60 °C), and orientation of the crystal relative to the electrical potential, it was found that proton conduction occurs predominantly through the linear, unidirectional (1D) micropore channels of Co-MOF-74, and that water molecules inside the channels are responsible for the proton mobility by a Grotthuss-type mechanism.