吉川 浩史

よしかわ ひろふみ
Hirofumi Yoshikawa
関西学院大学工学部物質工学課程
教授
A03
専門分野電気化学・物性化学・錯体化学
公募班（2020-2021）

固体電気化学反応を利用したソフトクリスタルの新機能開拓

キーワード
金属有機構造体、コロイドナノ結晶、固体電気化学、光学特性、X線吸収微細構造分析
関連する研究者
研究協力者: 田中大輔（関西学院大学理工学部、教授）

研究概要

固体電気化学反応は、数ボルトおよび数ミリアンペアといった微弱な電気信号・刺激の出し入れによって起きる電極材料への電子の授受と電極界面および電極内へのイオンの拡散・集積から成り、電池など様々な電気化学エネルギーデバイスの基本原理となっている。このように応用的側面が重視される一方で、電極材料の基礎物性を変化させることが可能なため、様々な物質の固体電気化学反応を検討することは、新たな機能や現象・原理の開拓につながる。本研究代表者は、これまでに、固体電気化学反応を利用した金属錯体材料の新奇物性開拓に精力的に取り組み、微弱な電気刺激による、金属錯体の柔らかい結晶性固体へのイオン及び電子の出し入れによって新奇な磁性や伝導性およびそれらのスイッチングを実現してきた。本研究では、発光性金属有機構造体(MOF)およびコロイドナノ結晶といった設計性を有するソフトクリスタル材料を対象とし、電気化学的な光学特性の制御と新現象・原理の開拓を行う。

電気化学反応によりMOFおよびコロイドナノ結晶の発光特性をコントロール

秩序性ある柔らかい結晶性固体を用いることで、電子やイオンの出し入れ、及びそれに伴う構造や電子状態の精密な制御による自在な光学特性の操作が期待される。

公募班（2018-2019）

固体電気化学反応を利用したソフトクリスタルの光学特性制御

キーワード
金属有機構造体、コロイドナノ結晶、固体電気化学、光学特性、X線吸収微細構造分析
関連する研究者
研究協力者: 田中大輔（関西学院大学理学部、教授）

研究概要

固体電気化学反応は、数ボルトおよび数ミリアンペアといった微弱な電気信号・刺激の出し入れによって起きる電極材料への電子の授受と電極界面および電極内へのイオンの拡散・集積から成り、電池など様々な電気化学エネルギーデバイスの基本原理となっている。このように応用的側面が重視される一方で、電極材料の基礎物性を変化させることが可能なため、様々な物質の固体電気化学反応を検討することは、新たな機能や現象・原理の開拓につながる。本研究代表者は、これまでに、固体電気化学反応を利用した金属錯体材料の新奇物性開拓に精力的に取り組み、微弱な電気刺激による、金属錯体の柔らかい結晶性固体へのイオン及び電子の出し入れによって新奇な磁性や伝導性およびそれらのスイッチングを実現してきた。本研究では、発光性金属有機構造体(MOF)およびコロイドナノ結晶といった設計性を有するソフトクリスタル材料を対象とし、電気化学的な光学特性の制御と新現象・原理の開拓を行う。

電気化学反応によりMOFおよびコロイドナノ結晶の発光特性をコントロール

秩序性ある柔らかい結晶性固体を用いることで、電子やイオンの出し入れ、及びそれに伴う構造や電子状態の精密な制御による自在な光学特性の操作が期待される。

研究業績

査読付発表論文

A03-21

  1. “Application of μ-Nitrido- and μ-Carbido-Bridged Iron Phthalocyanine Dimers as Cathode-Active Materials for Rechargeable Batteries” T. Shimizu, K. Wakamatsu, *Y. Yamada, Y. Toyoda, S. Akine, K. Yoza and *H. Yoshikawa, ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 40612–40617 (2021)
    DOI: 10.1021/acsami.1c10540
  2. “Electrolytic Synthesis of Porphyrinic Zr Metal-Organic Frameworks with Selective Crystal Topologies”, K. Okada, Y. Tanaka, T. Inose, H. Uji-i, H. Yoshikawa, and *D. Tanaka, Dalton Trans., 50, 5411−5415 (2021) Selected as Front Cover
    DOI: 10.1039/D1DT00491C
  3. “Failure-Experiment-Supported Optimization of Poorly Reproducible Synthetic Conditions for Novel Lanthanide Metal-Organic Frameworks with Two-Dimensional Secondary Building Units” Y. Kitamura, E. Terado, Z. Zhang, H. Yoshikawa, T. Inose, H. Uji-i, M. Tanimizu, A. Inokuchi, Y. Kamakura, and *D. Tanaka, Chem. Eur. J., 27, 16347-16353 (2021), Selected as Hot Paper and Front cover
    DOI: 10.26434/chemrxiv.13490925.v4
  4. “Machine-Learning-Assisted Selective Synthesis of a Semiconductive Silver Thiolate Coordination Polymer with Segregated Paths for Holes and Electrons” T. Wakiya, Y. Kamakura, H. Shibahara, K. Ogasawara, A. Saeki, R. Nishikubo, A. Inokuchi, H. Yoshikawa, *D. Tanaka, Angew. Chem. Int. Ed., 60, 23217-23224 (2021)
    DOI: 10.1002/anie.202110629.
  5. “Photoconductive Coordination Polymer with a Lead-Sulfur Two-Dimensional Coordination Sheet Structure” Y. Kamakura, C. Sakura, A. Saeki, S. Masaoka, A. Fukui, D. Kiriya, K. Ogasawara, H. Yoshikawa, *D. Tanaka, Inorg. Chem., 60, 5436−5441 (2021)
    DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c03801
  6. “Redox-Active Tin Metal–Organic Framework with a Thiolate-Based Ligand” Y. Kamakura, S. Fujisawa, K. Takahashi, H. Toshima, Y. Nakatani, H. Yoshikawa, A. Saeki, K. Ogasawara, and *D. Tanaka, Inorg. Chem. 60, 12691–12695 (2021)
    DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c01725
  7. “Selective Phosphorization Boosting High-performance NiO/Ni2Co4P3 Microspheres as Anode Materials for Lithium Ion Batteries” J. Yan*, X.-B. Chang, X.-K. Ma, H. Wang, Y. Zhang, K.-Z. Gao, *H. Yoshikawa, L.-Z. Wang, Materials, 14, 24 (2021)
    DOI: 10.3390/ma14010024
  8. “Synthesis of Hexaazatriphenylene Charge-Transfer Complexes and Their Application in Cathode Active Materials for Lithium-Ion Batteries” K. Nakao, Y. Kamakura, M. Fujiwara, T. Shimizu, *Y. Yoshida, H. Kitagawa, *H. Yoshikawa, Y. Kitagawa, and *D. Tanaka, Cryst. Growth Des., 22, 26–31 (2022)
    DOI: 10.1021/acs.cgd.1c00793
  9. “Thiolate-based one-dimensional flexible Pb MOFs exhibiting a large sorption hysteresis phenomenon” Y. Kamakura, R. Hamano, Y. Nakamura, K. Sugimoto, H. Yoshikawa, and *D. Tanaka, Chem. Lett., 50, 1053–1056 (2021)
    DOI: 10.1246/cl.210054
  10. "Assessment of Eggshell Membrane as a New Type of Proton-Conductive Membrane in Fuel Cells", Naoki Tanifuji*, Takeshi Shimizu*, Hirofumi Yoshikawa, Miki Tanaka, Kosuke Nishio, Kentaro Ida, Akihiro Shimizu, and Yukio Hasebe,ACS Omega (2022), 7, 12448-13397, Selected as Supplementary Journal Cover 
    DOI: 10.1021/acsomega.1c06687
  11. "Application of Porous Coordination Polymer Containing Aromatic Azo Linkers as Cathode Active Materials in Sodium-Ion BatteriesApplication of Porous Coordination Polymer Containing Aromatic Azo Linkers as Cathode Active Materials in Sodium-Ion Batteries"Takeshi Shimizu, Takumi Mameuda, Hiroki Toshima, Ryohei Akiyoshi, Yoshinobu Kamakura, Katsuhiro Wakamatsu, Daisuke Tanaka,* and Hirofumi Yoshikawa*,ACS Appl. Energy Mater., in press (2022),Selected as Supplementary Journal Cover (プレスリリース)
    DOI: 10.1021/acsaem.2c00537
  12. "Preparation and Carbon-Dependent Supercapacitive Behaviour of Nanohybrid Materials between Polyoxometalate and Porous Carbon Derived from Zeolitic Templates" H. Wang, T. Shimizu, *H. Yoshikawa, Materials, 13, 81 (2020)
    DOI: 10.3390/ma13010081
  13. "Semiconductive Nature of Lead-Based Metal–Organic Frameworks with Three-Dimensionally Extended Sulfur Secondary Building Units" Y. Kamakura, P. Chinapang, S. Masaoka, A. Saeki, K. Ogasawara, S. R. Nishitani, H. Yoshikawa, T. Katayama, N. Tamai, K. Sugimoto and *D. Tanaka, J. Am. Chem. Soc. 142, 27-32 (2020)(プレスリリース)
    DOI: 10.1021/jacs.9b10436
  14. "Zeolitic vanadomolybdates as high performance cathode-active materials for sodium ion battery" *Z. Zhang, H. Wang, *H. Yoshikawa, D. Matsumura, S. Hatao, S. Ishikawa, *W. Ueda, ACS Appl. Mater. Interfaces, 12, 6056-6063 (2020)
    DOI: 10.1021/acsami.9b19808
  15. “Concise, Single-step Synthesis of Sulfur-enriched Graphene: Immobilization of Molecular Clusters and Battery Applications” *H. Omachi, T> Inoue, S. Hatao, H. Shinohara, A. Criado, *H. Yoshikawa, *Z Syrgiannis, *M. Prato, Angew. Chem. Int. Ed. 59, 7836-7841 (2020) (Hot Paper)　
    DOI: 10.1002/anie.201913578
  16. “Reversible Control of Ionic Conductivity and Viscoelasticity of Organometallic Ionic Liquids by Application of Light and Heat” R. Sumitani, H. Yoshikawa, *T. Mochida, Chem. Commun. 56, 6189-6192 (2020) (Front Cover)(領域内共同研究 A02公募 持田)
    DOI: 10.1039/D0CC02786C
  17. ”Coordination Distortion Induced Water Adsorption in Hydrophobic Flexible Metal–Organic Frameworks" Y. Kamakura, A. Hikawa, H. Yoshikawa, W. Kosaka, H. Miyasaka, *D. Tanaka, Chem. Commun., 56, 9106-9109 (2020) (Inside Back Cover)
    DOI: 10.1039/D0CC03772A
  18. "A new design strategy for redox-active molecular assemblies with crystalline porous structures for lithium-ion batteries" K. Nakashima, T. Shimizu, Y. Kamakura, A. Hinokimoto, Y. Kitagawa, H. Yoshikawa and D. Tanaka, Chemical Science, 2020, 11(1), 37-43.(Selected as Front Cover, プレスリリース)
    DOI: 10.1039/c9sc04175c
  19. "Porous Metal Organic Frameworks Containing Reversible Disulfide Linkages as Cathode Materials for Li-Ion Batteries" T. Shimizu, H. Wang, D. Matsumura, K. Mitsuhara, T. Ohta and H. Yoshikawa, ChemSusChem, 2020, 13(9), 2256-2263.
    DOI: 10.1002/cssc.201903471

国内学会発表

A03-21

  1. 「分子および分子集合体の蓄電特性と反応機構解明」吉川浩史、第1回錯体化学会フロンティアセミナー：次世代電池を指向する金属錯体材料の最前線」（オンライン (Zoom)、2021年12月7日）
  2. 「分子および分子集積体の蓄電機能開拓」吉川浩史、錯体化学若手の会夏の学校2021（事前オンデマンド（Youtube）、リアル講演・質疑応答（Webex Meetings）、2021年8月2日）
  3. 分子ナノ材料の特異な蓄電機能、吉川浩史、ナノ学会主催 ナノ構造物性－ナノ機能応用部会 合同シンポジウム、金沢勤労者プラザ、金沢、石川県、2020年12月19日
  4. 分子および分子集積体の蓄電機能、吉川 浩史、錯体化学会若手の会　第7回ウェブ勉強会(ZOOM)、2020年12月8日
  5. Potentiality of Polyoxometalate Materials as Battery Electrodes、吉川 浩史、Symposium 5: Advanced Functional Materials based on Polyoxometalates、錯体化学会第70回討論会（オンライン）、2020年9月28日

報道・アウトリーチ活動・特許・その他

A03-21

  1. 吉川 浩史、JSPS ひらめき☆ときめきサイエンス「環境にやさしい二次電池を作ろう！（20HT0180）」、関西学院大学神戸三田キャンパスにて高校生向けに開催(2020.9.5)
  2. 吉川浩史、「新しい二次電池材料の研究開発最前線」を第13回サイエンスフェア in 兵庫にてWeb上で動画公開（中高生向け）(2021.1.24)

国際学会発表

A03-21

  1. "Development of Functional Materials Based on MOF Topology" H. Yoshikawa, The 21st International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design (Zoom online, Sep., 26-29, 2021)
  2. "Li-ion battery cathode performances of metal-organic frameworks containing reversible disulfide linkages" H. Yoshikawa, Takeshi Shimizu, The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem) (Virtual Congress, Dec, 16-21, 2021)
関連ウェブサイト
連絡先
yoshikawah[at]kwansei.ac.jp