JP6369940B2 - Ion conductive composite - Google Patents

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Description

本発明は、細孔を有する多孔性配位高分子とイオン液体との複合体であるイオン伝導性複合体に関し、例えば、安全かつ広い温度域で動作可能な電気化学デバイスの電解質などとして機能するイオン伝導性複合体に関する。   The present invention relates to an ion conductive composite that is a composite of a porous coordination polymer having pores and an ionic liquid, and functions as an electrolyte of an electrochemical device that can operate safely and in a wide temperature range, for example. The present invention relates to an ion conductive composite.

イオン液体は、イオン伝導性の高さから、電池や電気二重層キャパシタなどの電解質として、電気化学デバイスに用いることが提案されている。イオン液体は極めて高い難燃性を有するため、電気化学デバイスの電解質として用いる際、可燃性の有機溶媒を必要とせず、高い安全性を有する電気化学デバイスを得ることができる。   It has been proposed that ionic liquids are used in electrochemical devices as electrolytes for batteries, electric double layer capacitors and the like because of their high ion conductivity. Since the ionic liquid has extremely high flame retardancy, when it is used as an electrolyte of an electrochemical device, an flammable organic solvent is not required, and an electrochemical device having high safety can be obtained.

イオン液体とは、一般に100℃以下の融点を有する塩のことをいう。イオン液体は有機溶媒と比較すると融点が高く、室温では固体化して、電気化学デバイスの電解質として機能しないものも多い。このようなイオン液体を、室温以下でも電解質として機能させるため、多孔質ガラスのナノ細孔内にイオン液体を充填あるいは注入して、イオン液体の融点を低下させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。さらに、ナノ細孔のサイズと充填されたイオン液体の融点との相関についても報告されている(例えば、非特許文献1参照)。   An ionic liquid generally refers to a salt having a melting point of 100 ° C. or lower. An ionic liquid has a higher melting point than an organic solvent, and it often solidifies at room temperature and does not function as an electrolyte for an electrochemical device. In order to allow such an ionic liquid to function as an electrolyte even at room temperature or lower, a method for reducing the melting point of the ionic liquid by filling or injecting the ionic liquid into the nanopores of the porous glass has been proposed (for example, Patent Document 1). Furthermore, a correlation between the size of the nanopore and the melting point of the filled ionic liquid has also been reported (for example, see Non-Patent Document 1).

ところで、本出願人は、ナノ細孔よりもサイズの小さいマイクロ孔を有する材料として、多孔性配位高分子中にイオン液体を充填し、融点を大幅に低下させた複合体である特許文献2に記載の多孔性配位高分子−イオン液体複合体を先に開発した。   By the way, the present applicant has disclosed a patent document 2 in which a porous coordination polymer is filled with an ionic liquid as a material having micropores smaller in size than nanopores, and the melting point is greatly reduced. The porous coordination polymer-ionic liquid composite described in 1) was developed previously.

しかし、特許文献2に記載された多孔性配位高分子は、一般的に細孔径が20Å以下と小さい。さらに、細孔の出入口の直径は一般的に10Å以下のものが多い。したがって、このような多孔性配位高分子の細孔にイオン液体を充填する際、イオン液体が多孔性配位高分子の細孔内を拡散する速度は極めて遅い。そのため、特許文献2に記載された複合体には、多孔性配位高分子へのイオン液体の充填率が低くなってしまい、電解質として用いるときのイオン伝導性が低くなるという問題があった。   However, the porous coordination polymer described in Patent Document 2 generally has a small pore size of 20 mm or less. Further, the diameter of the entrance / exit of the pore is generally 10 mm or less. Therefore, when filling the pores of such a porous coordination polymer with an ionic liquid, the rate at which the ionic liquid diffuses in the pores of the porous coordination polymer is extremely slow. For this reason, the composite described in Patent Document 2 has a problem that the filling rate of the ionic liquid into the porous coordination polymer is lowered, and the ionic conductivity when used as an electrolyte is lowered.

イオン液体の充填率を向上させる手段としては、多孔性配位高分子とイオン液体を混合した後に高温で長時間保持し、イオン液体の拡散を促進することが考えられる。しかし、長時間高温に保つことによって、多孔性配位高分子が徐々に分解してしまうという問題があった。多孔性配位高分子が分解すると細孔が潰れてしまい、融点降下が起こらなくなったり、イオン伝導性が低下したりする。また、多孔性配位高分子の構成成分が不純物として電解質に混入してしまうため、電気化学デバイスに組み込んだときに金属の析出、ガスの発生、サイクル特性の低下といった不具合を生じさせていた。   As a means for improving the filling rate of the ionic liquid, it is conceivable to promote the diffusion of the ionic liquid by mixing the porous coordination polymer and the ionic liquid and then holding the mixture at a high temperature for a long time. However, there is a problem that the porous coordination polymer is gradually decomposed by keeping the temperature high for a long time. When the porous coordination polymer is decomposed, the pores are crushed, so that the melting point is not lowered, or the ionic conductivity is lowered. In addition, since the constituent components of the porous coordination polymer are mixed into the electrolyte as impurities, problems such as metal deposition, gas generation, and deterioration in cycle characteristics have occurred when incorporated into an electrochemical device.

特開2006−281105号公報JP 2006-281105 A 国際公開第2013/161452号International Publication No. 2013/161452

M.Kanakubo et.al., Chemical Communications, 2006, issue 17, p. 1828-1830M. Kanakubo et.al., Chemical Communications, 2006, issue 17, p. 1828-1830

本発明の課題は、安全かつ広い温度域で動作可能であり、イオン伝導性が高く、電気化学デバイスの電解質などとして機能する、イオン液体を含むイオン伝導性複合体を提供することである。   An object of the present invention is to provide an ion conductive composite containing an ionic liquid that can operate safely and in a wide temperature range, has high ion conductivity, and functions as an electrolyte of an electrochemical device.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
(1)一次粒子の平均粒径が50nm以下である多孔性配位高分子の結晶粒子と、前記多孔性配位高分子が備える第1の細孔内に保持された第1のイオン液体とを有することを特徴とするイオン伝導性複合体。
(2)前記第1のイオン液体が、リチウムを含有することを特徴とする前記(1)に記載のイオン伝導性複合体。
(3)前記第1のイオン液体が、プラスチッククリスタル相を示すことを特徴とする前記(1)または(2)に記載のイオン伝導性複合体。
(4)前記第1の細孔内に、さらに有機溶媒を含むことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(5)前記結晶粒子の表面が、凹凸を有することを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(6)複数の前記結晶粒子が、互いに隣接する前記結晶粒子同士が部分的に結合して前記結晶粒子間に設けられた第2の細孔を備える集合体を構成し、前記第2の細孔の平均細孔径が、前記第1の細孔の平均細孔径よりも大きいことを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(7)前記第1の細孔がマイクロ孔であり、前記第2の細孔がメソ孔であることを特徴とする前記(6)に記載のイオン伝導性複合体。
(8)前記第2の細孔内に、前記第1のイオン液体を有していることを特徴とする前記(6)または(7)に記載のイオン伝導性複合体。
(9)前記第2の細孔内に、有機溶媒を含むことを特徴とする前記(6)〜(8)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(10)前記第1の細孔内に、さらに有機溶媒を含むとともに、前記第2の細孔内に含まれる前記有機溶媒が、前記第1の細孔内に含まれる前記有機溶媒と同一であることを特徴とする前記(9)に記載のイオン伝導性複合体。
(11)複数の前記結晶粒子により成形されているとともに、前記結晶粒子間に設けられた間隙を備える構造体であることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(12)複数の前記結晶粒子および前記集合体のうち少なくとも一方により成形されているとともに、前記結晶粒子間および前記集合体間のうち少なくとも一方に設けられた間隙を備える構造体であることを特徴とする前記(6)〜(10)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(13)前記構造体が、膜状またはシート状であることを特徴とする前記(11)または(12)に記載のイオン伝導性複合体。
(14)前記構造体が、前記間隙内にイオン伝導性物質を有していることを特徴とする前記(11)〜(13)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(15)前記イオン伝導性物質が、第2のイオン液体を含むことを特徴とする前記(14)に記載のイオン伝導性複合体。
(16)前記第2のイオン液体が、前記第1のイオン液体と同一であることを特徴とする前記(15)に記載のイオン伝導性複合体。
(17)前記イオン伝導性物質が、有機溶媒を含むことを特徴とする前記(14)〜(16)のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
(18)前記第1の細孔内および前記第2の細孔内のうち少なくとも一方が、有機溶媒を含むとともに、前記イオン伝導性物質に含まれる前記有機溶媒が、前記少なくとも一方に含まれる前記有機溶媒と同一であることを特徴とする前記(17)に記載のイオン伝導性複合体。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found a solution means having the following configuration, and have completed the present invention.
(1) Porous coordination polymer crystal particles having an average primary particle size of 50 nm or less, and a first ionic liquid held in the first pores of the porous coordination polymer An ion conductive composite comprising:
(2) The ion conductive composite as described in (1) above, wherein the first ionic liquid contains lithium.
(3) The ion conductive composite as described in (1) or (2) above, wherein the first ionic liquid exhibits a plastic crystal phase.
(4) The ion conductive composite according to any one of (1) to (3), wherein the first pore further contains an organic solvent.
(5) The ion-conductive composite according to any one of (1) to (4), wherein the surface of the crystal particles has irregularities.
(6) A plurality of the crystal particles constitutes an aggregate including second pores provided between the crystal particles by partially bonding the crystal particles adjacent to each other, and The ion conductive composite according to any one of (1) to (5), wherein the average pore diameter of the pores is larger than the average pore diameter of the first pore.
(7) The ion conductive composite as described in (6) above, wherein the first pore is a micropore and the second pore is a mesopore.
(8) The ion conductive composite according to (6) or (7), wherein the first ionic liquid is contained in the second pore.
(9) The ion conductive composite as described in any one of (6) to (8) above, wherein the second pore contains an organic solvent.
(10) The first pore further includes an organic solvent, and the organic solvent contained in the second pore is the same as the organic solvent contained in the first pore. The ion conductive composite as described in (9) above, wherein
(11) The ion according to any one of (1) to (5), wherein the ion is a structure that is formed by a plurality of the crystal particles and includes a gap provided between the crystal particles. Conductive composite.
(12) The structure is formed by at least one of a plurality of the crystal particles and the aggregate, and has a gap provided in at least one of the crystal particles and the aggregate. The ion conductive composite according to any one of (6) to (10).
(13) The ion conductive composite as described in (11) or (12) above, wherein the structure is a film or a sheet.
(14) The ion conductive composite according to any one of (11) to (13), wherein the structure has an ion conductive substance in the gap.
(15) The ion conductive composite according to (14), wherein the ion conductive substance contains a second ionic liquid.
(16) The ion conductive composite as described in (15) above, wherein the second ionic liquid is the same as the first ionic liquid.
(17) The ion conductive composite according to any one of (14) to (16), wherein the ion conductive substance contains an organic solvent.
(18) At least one of the first pore and the second pore contains an organic solvent, and the organic solvent contained in the ion conductive material is contained in the at least one The ion conductive composite as described in (17) above, which is the same as the organic solvent.

本発明によれば、一次粒子の平均粒径が50nm以下である多孔性配位高分子の結晶粒子(以下、多孔性配位高分子ナノ粒子と記載する場合がある。)を有することによって、多孔性配位高分子の細孔内へのイオン液体の充填率を向上させることができ、なおかつ多孔性配位高分子が分解されるのを抑制しつつイオン液体を保持することができる。しかも、特定の多孔性配位高分子ナノ粒子の細孔内に、イオン液体を保持させることによって、イオン液体の融点を大幅に低下させることができる。それゆえ、本発明のイオン伝導性複合体を電解質に用いることによって、イオン伝導率が高く、かつ広い温度域で動作可能な、電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学デバイスなどを実現できる。   According to the present invention, by having crystalline particles of a porous coordination polymer having an average primary particle size of 50 nm or less (hereinafter sometimes referred to as porous coordination polymer nanoparticles), The filling rate of the ionic liquid into the pores of the porous coordination polymer can be improved, and the ionic liquid can be held while suppressing the decomposition of the porous coordination polymer. Moreover, the melting point of the ionic liquid can be greatly lowered by retaining the ionic liquid in the pores of the specific porous coordination polymer nanoparticle. Therefore, by using the ion conductive composite of the present invention as an electrolyte, it is possible to realize an electrochemical device such as a battery or an electric double layer capacitor that has a high ion conductivity and can operate in a wide temperature range.

本発明の一実施態様に係るイオン伝導性複合体を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the ion conductive composite which concerns on one embodiment of this invention. イオン伝導性複合体の比較例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the comparative example of an ion conductive composite. イオン伝導性複合体の比較例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the comparative example of an ion conductive composite. 本発明の一実施態様に係るイオン伝導性複合体の表面近傍を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the surface vicinity of the ion conductive composite which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施態様に係る多孔性配位高分子ナノ粒子とイオン液体を複合化する際の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram at the time of compounding the porous coordination polymer nanoparticle and ionic liquid which concern on one embodiment of this invention. イオン伝導性複合体の比較例の表面近傍を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the surface vicinity of the comparative example of an ion conductive composite. 多孔性配位高分子とイオン液体を複合化する際の比較例の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the comparative example at the time of compounding a porous coordination polymer and an ionic liquid. 本発明の他の実施態様に係るイオン伝導性複合体を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the ion conductive composite which concerns on the other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施態様に係るイオン伝導性複合体を圧縮成型した構造体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure which compression-molded the ion conductive composite which concerns on other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施態様に係るイオン伝導性複合体を圧縮成型した構造体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure which compression-molded the ion conductive composite which concerns on other embodiment of this invention. 実施例1に係るイオン伝導性複合体の77Kにおける窒素ガス吸着等温線である。△および▲は充填率0%、○および●は充填率25%、▽および▼は充填率50%である。白抜きはガス吸着過程、黒塗りは脱離過程を示す。3 is a nitrogen gas adsorption isotherm at 77K of the ion conductive composite according to Example 1. FIG. Δ and ▲ are filling rates of 0%, ○ and ● are filling rates of 25%, and ▽ and ▼ are filling rates of 50%. White indicates a gas adsorption process, and black indicates a desorption process. イオン伝導性複合体の比較例の77Kにおける窒素ガス吸着等温線である。△および▲は充填率0%、○および●は充填率25%、▽および▼は充填率50%である。白抜きはガス吸着過程、黒塗りは脱離過程を示す。It is a nitrogen gas adsorption isotherm in 77K of the comparative example of an ion conductive composite. Δ and ▲ are filling rates of 0%, ○ and ● are filling rates of 25%, and ▽ and ▼ are filling rates of 50%. White indicates a gas adsorption process, and black indicates a desorption process. 実施例1に係るイオン伝導性複合体の示差走査熱量分析結果である。実線は加熱過程、点線は冷却過程を示す。(a)は充填率50%、(b)は充填率75%、(c)は充填率100%、(d)は充填率125%、(e)はEMI−TFSI単独である。2 is a differential scanning calorimetric analysis result of the ion conductive composite according to Example 1. FIG. The solid line indicates the heating process, and the dotted line indicates the cooling process. (a) is 50% filling rate, (b) is 75% filling rate, (c) is 100% filling rate, (d) is 125% filling rate, and (e) is EMI-TFSI alone. イオン伝導性複合体の比較例の示差走査熱量分析結果である。実線は加熱過程、点線は冷却過程を示す。(a)は充填率25%、(b)は充填率50%、(c)は充填率100%、(d)はEMI−TFSI単独である。It is a differential scanning calorimetric analysis result of the comparative example of an ion conductive composite. The solid line indicates the heating process, and the dotted line indicates the cooling process. (a) is a filling factor of 25%, (b) is a filling factor of 50%, (c) is a filling factor of 100%, and (d) is EMI-TFSI alone. イオン伝導性複合体の比較例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the comparative example of an ion conductive composite. 実施例1に係るイオン伝導性複合体のイオン伝導率のアレニウスプロットである。(a)は充填率100%、(b)は充填率75%、(c)は充填率50%、(d)はEMI−TFSI単独である。3 is an Arrhenius plot of the ionic conductivity of the ion conductive composite according to Example 1. FIG. (a) is 100% filling rate, (b) is 75% filling rate, (c) is 50% filling rate, and (d) is EMI-TFSI alone. 実施例3に係るイオン伝導性複合体のイオン伝導率のアレニウスプロットである。(a)はエチルカルビトールを添加した場合、(b)は未添加の場合である。4 is an Arrhenius plot of the ionic conductivity of the ion conductive composite according to Example 3. (a) shows the case where ethyl carbitol is added, and (b) shows the case where no ethyl carbitol is added. イオン伝導率の温度依存性を示すグラフである。イオン伝導率は室温における値σRTで規格化している。(a)は実施例4に係るイオン伝導性複合体、(b)は(EMI0.8Li0.2)TFSI単独である。It is a graph which shows the temperature dependence of ionic conductivity. The ionic conductivity is normalized by the value σ RT at room temperature. (A) is an ion conductive composite according to Example 4, and (b) is (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI alone.

以下、本発明の一実施態様に係るイオン伝導性複合体(以下、単に「複合体」と記載する場合がある。)を、図1〜7に基づいて説明する。   Hereinafter, an ion conductive composite according to an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “composite”) will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、複合体1Aは、多孔性配位高分子ナノ粒子(以下、単に「ナノ粒子」と記載する場合がある。)2と、第1のイオン液体3とから構成されている多孔性配位高分子ナノ粒子−イオン液体複合体であり、第1のイオン液体3は多孔性配位高分子が備える第1の細孔21内に保持されている。   As shown in FIG. 1, the complex 1 </ b> A is composed of porous coordination polymer nanoparticles (hereinafter sometimes simply referred to as “nanoparticles”) 2 and a first ionic liquid 3. The porous coordination polymer nanoparticle-ionic liquid composite, and the first ionic liquid 3 is held in the first pores 21 of the porous coordination polymer.

多孔性配位高分子ナノ粒子2は多孔性配位高分子で構成されている。多孔性配位高分子は絶縁性であり、MOF(Metal-Organic Framework)またはPCP(Porous Coordination Polymer)とも呼ばれる。多孔性配位高分子は、マイクロ孔領域の第1の細孔21を多数有している上に、第1の細孔21の直径が結晶構造に由来して決定されるために均一である。したがって、第1の細孔21内に保持されている第1のイオン液体3の融点やイオン伝導率などの物性が均一になる。さらに、多孔性配位高分子の第1の細孔21は、上記のように結晶格子に由来する。そのため、マイクロ孔領域で、均一な細孔径の第1の細孔21を有する多孔性配位高分子ナノ粒子2を再現良く製造することができる。   The porous coordination polymer nanoparticles 2 are composed of a porous coordination polymer. The porous coordination polymer is insulative and is also called MOF (Metal-Organic Framework) or PCP (Porous Coordination Polymer). The porous coordination polymer has a large number of first pores 21 in the micropore region and is uniform because the diameter of the first pores 21 is determined from the crystal structure. . Therefore, the physical properties such as the melting point and ionic conductivity of the first ionic liquid 3 held in the first pore 21 are uniform. Furthermore, the first pores 21 of the porous coordination polymer are derived from the crystal lattice as described above. Therefore, the porous coordination polymer nanoparticles 2 having the first pores 21 having a uniform pore diameter in the micropore region can be produced with good reproducibility.

多孔性配位高分子としては、例えば、
Zn(MeIM)2(以下、ZIF−8と記載する。)
Al(OH)(BDC)(以下、Al−MIL−53と記載する。)
Cr(OH)(BDC)(以下、Cr−MIL−53と記載する。)
Fe(OH)(BDC)(以下、Fe−MIL−53と記載する。)
VO(BDC)(以下、V−MIL−47と記載する。)
Zn2(DOBDC)(以下、Zn−MOF−74と記載する。)
Mg2(DOBDC)(以下、Mg−MOF−74と記載する。)
Al(OH)(1,4−NDC)
Cr3O(F,OH)(BDC)3(以下、Cr−MIL−101と記載する。)
Al8(OH)15(BTC)3(以下、Al−MIL−110と記載する。)
Cu3(BTC)2(以下、HKUST−1と記載する。)
Zr64(OH)4(BDC)6またはZr66(BDC)6(以下、UiO−66と記載する。)
Zr64(OH)4(BPDC)6またはZr66(BPDC)6(以下、UiO−67と記載する。)
Zr64(OH)4(TPDC)6またはZr66(TPDC)6(以下、UiO−68と記載する。)
ZrO(BDC)(以下、MIL−140と記載する。)
などが挙げられる。
Examples of porous coordination polymers include:
Zn (MeIM) 2 (hereinafter referred to as ZIF-8)
Al (OH) (BDC) (hereinafter referred to as Al-MIL-53)
Cr (OH) (BDC) (hereinafter referred to as Cr-MIL-53)
Fe (OH) (BDC) (hereinafter referred to as Fe-MIL-53)
VO (BDC) (hereinafter referred to as V-MIL-47)
Zn 2 (DOBDC) (hereinafter referred to as Zn-MOF-74)
Mg 2 (DOBDC) (hereinafter referred to as Mg-MOF-74)
Al (OH) (1,4-NDC)
Cr 3 O (F, OH) (BDC) 3 (hereinafter referred to as Cr-MIL-101)
Al 8 (OH) 15 (BTC) 3 (hereinafter referred to as Al-MIL-110)
Cu 3 (BTC) 2 (hereinafter referred to as HKUST-1)
Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC) 6 or Zr 6 O 6 (BDC) 6 (hereinafter referred to as UiO-66)
Zr 6 O 4 (OH) 4 (BPDC) 6 or Zr 6 O 6 (BPDC) 6 (hereinafter referred to as UiO-67)
Zr 6 O 4 (OH) 4 (TPDC) 6 or Zr 6 O 6 (TPDC) 6 (hereinafter referred to as UiO-68)
ZrO (BDC) (hereinafter referred to as MIL-140)
Etc.

上記化学式で用いた略号は、
H(MeIM):2−メチルイミダゾール
2(BDC):テレフタル酸
4(DOBDC):2,5−ジヒドロキシテレフタル酸
2(1,4−NDC):1,4−ナフタレンジカルボン酸
3(BTC):1,3,5−ベンゼントリカルボン酸
2(BPDC):4,4’−ビフェニルジカルボン酸
2(TPDC):4,4’’−p−テルフェニルジカルボン酸
においてH+が解離した残基を表わす。
The abbreviations used in the above chemical formula are:
H (MeIM): 2-methylimidazole H 2 (BDC): terephthalic acid H 4 (DOBDC): 2,5-dihydroxyterephthalic acid H 2 (1,4-NDC): 1,4-naphthalenedicarboxylic acid H 3 ( BTC): 1,3,5-benzenetricarboxylic acid H 2 (BPDC): 4,4′-biphenyldicarboxylic acid H 2 (TPDC): H + dissociated in 4,4 ″ -p-terphenyldicarboxylic acid Represents a residue.

多孔性配位高分子は金属イオンに有機配位子を配位結合させることによって主鎖を形成している。多孔性配位高分子を構成する有機配位子の全部または一部が、適当な官能基を有する配位子に置換されていてもよい(例えば、テレフタル酸を2−ヒドロキシテレフタル酸に置換するなど)。官能基としては例えば−OH、−COOH、−NH2、−SO3H、−SO3Li、−SO3Naなどが挙げられる。−SO3Li、−SO3Naが特に望ましい。複合体1Aを電池用の電解質として用いた際にリチウムイオン、ナトリウムイオンを供給して、イオン伝導度を向上できるからである。また、多孔性配位高分子を構成する金属イオンの全部または一部が、他の金属イオンに置換されていてもよい。金属イオンの価数は同じであることが望ましい。 The porous coordination polymer forms a main chain by coordinating an organic ligand to a metal ion. All or part of the organic ligand constituting the porous coordination polymer may be substituted with a ligand having an appropriate functional group (for example, terephthalic acid is substituted with 2-hydroxyterephthalic acid. Such). Examples of the functional group include —OH, —COOH, —NH 2 , —SO 3 H, —SO 3 Li, and —SO 3 Na. -SO 3 Li, -SO 3 Na are especially preferable. This is because when the composite 1A is used as an electrolyte for a battery, lithium ions and sodium ions can be supplied to improve ion conductivity. Further, all or part of the metal ions constituting the porous coordination polymer may be substituted with other metal ions. It is desirable that the metal ions have the same valence.

さらに、多孔性配位高分子には、第1のイオン液体3に対する耐久性が要求される。金属イオンに有機配位子を配位結合させることによって主鎖を形成している多孔性配位高分子は、その金属イオンをルイス酸、有機配位子をルイス塩基とした場合、同程度の硬さを有する酸および塩基を組み合わせると、第1のイオン液体3と接触しても多孔性配位高分子の結晶構造を維持できる。HSAB則によれば、一般的に硬い酸と硬い塩基とは結合が強く、軟らかい酸と軟らかい塩基とは結合が強い。多孔性配位高分子においては、金属イオンがルイス酸、有機配位子がルイス塩基であり、これらの結合の強さが多孔性配位高分子の第1のイオン液体3への耐性を支配している。   Further, the porous coordination polymer is required to have durability against the first ionic liquid 3. A porous coordination polymer in which the main chain is formed by coordination bonding of an organic ligand to a metal ion is equivalent to the case where the metal ion is a Lewis acid and the organic ligand is a Lewis base. When a hard acid and base are combined, the crystalline structure of the porous coordination polymer can be maintained even when it comes into contact with the first ionic liquid 3. According to the HSAB rule, generally, a hard acid and a hard base have a strong bond, and a soft acid and a soft base have a strong bond. In the porous coordination polymer, the metal ion is a Lewis acid and the organic ligand is a Lewis base, and the strength of these bonds dominates the resistance of the porous coordination polymer to the first ionic liquid 3. doing.

硬い酸、硬い塩基、軟らかい酸、軟らかい塩基、中間的な酸、および中間的な塩基の例は、例えばThomas, G. Medicinal Chemistry: An Introduction, 2nd edition; Wiley: New York, 2007.などに記されている。   Examples of hard acids, hard bases, soft acids, soft bases, intermediate acids, and intermediate bases can be found in, for example, Thomas, G. Medicinal Chemistry: An Introduction, 2nd edition; Wiley: New York, 2007. Has been.

例えば、テレフタル酸、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸などは、分子中にRCOO-の構造を有する硬い塩基である。そのため、これらの化合物と硬い酸である金属イオン(例えば、Al3+、Cr3+、Mg2+、Fe3+、Zr4+など)とから得られる多孔性配位高分子は、第1のイオン液体3に対して優れた耐性を有する。このような多孔性配位高分子としては、具体的には、金属イオンがAl3+のAl−MIL−53、Al(OH)(1,4−NDC)、Al−MIL−110、金属イオンがCr3+のCr−MIL−53、Cr−MIL−101、金属イオンがMg2+のMg−MOF−74、金属イオンがFe3+のFe−MIL−53、金属イオンがZr4+のUiO−66、UiO−67、UiO−68などが挙げられる。 For example, terephthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid and the like are hard bases having an RCOO structure in the molecule. Therefore, a porous coordination polymer obtained from these compounds and a metal ion that is a hard acid (for example, Al 3+ , Cr 3+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Zr 4+, etc.) It has excellent resistance to the ionic liquid 3. Specific examples of such a porous coordination polymer include Al-MIL-53, Al (OH) (1,4-NDC), Al-MIL-110, and metal ions whose metal ions are Al 3+. Cr-MIL-53, Cr-MIL-101 with Cr 3+ , Mg-MOF-74 with metal ion Mg 2+ , Fe-MIL-53 with metal ion Fe 3+ , Zr 4+ with metal ion UiO-66, UiO-67, UiO-68, etc. are mentioned.

一方、硬い塩基である化合物と、中間的な硬さを有する酸である金属イオン(例えば、Fe2+、Co2+、Zn2+、Cu2+など)とから得られる多孔性配位高分子は、硬い塩基と硬い酸とから得られる多孔性配位高分子と比べると、第1のイオン液体3に対する耐性が若干低くなる。このような多孔性配位高分子としては、具体的には、金属イオンがZn2+のMOF−74(Zn)、金属イオンがCu2+のHKUST−1などが挙げられる。 On the other hand, a porous coordination height obtained from a compound that is a hard base and a metal ion that is an acid having an intermediate hardness (for example, Fe 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Cu 2+, etc.) The molecule is slightly less resistant to the first ionic liquid 3 than a porous coordination polymer obtained from a hard base and a hard acid. Such porous coordination polymer, specifically, MOF-74 metal ions Zn 2+ (Zn), metal ions, and the like HKUST-1 of Cu 2+.

例えば、イミダゾールは中間的な硬さを有する塩基である。したがって、イミダゾール系配位子と中間的な硬さを有する酸である金属イオンとから得られる多孔性配位高分子は、第1のイオン液体3に対して優れた耐性を有する。例えば、Fe2+、Co2+、またはZn2+からなるZIF(Zeolitic Imidazolate Frameworks)系の多孔性配位高分子は全て該当し、代表的なものはZIF−8である。 For example, imidazole is a base with intermediate hardness. Therefore, the porous coordination polymer obtained from the imidazole-based ligand and the metal ion that is an acid having intermediate hardness has excellent resistance to the first ionic liquid 3. For example, all of ZIF (Zeolytic Imidazolate Frameworks) type porous coordination polymers composed of Fe 2+ , Co 2+ , or Zn 2+ are applicable, and a representative one is ZIF-8.

多孔性配位高分子は、その金属イオンが配位不飽和サイトを有していないことが好ましい。金属イオンが配位不飽和サイトを有していると、第1のイオン液体3のアニオンが多孔性配位高分子の金属イオンに近接することが容易となる。その結果、金属イオンと有機配位子の結合を弱め、多孔性配位高分子が破壊されることがある。すなわち、配位不飽和サイトを有さないAl−MIL−53、Al(OH)(1,4−NDC)、Cr−MIL−53、Fe−MIL−53、およびZIF系(ZIF−8など)は、第1のイオン液体3に対して優れた耐性を有する。   In the porous coordination polymer, it is preferable that the metal ion does not have a coordination unsaturated site. When the metal ion has a coordination unsaturated site, it becomes easy for the anion of the first ionic liquid 3 to approach the metal ion of the porous coordination polymer. As a result, the bond between the metal ion and the organic ligand is weakened, and the porous coordination polymer may be destroyed. That is, Al-MIL-53, Al (OH) (1,4-NDC), Cr-MIL-53, Fe-MIL-53, and ZIF systems (such as ZIF-8) that do not have coordination unsaturated sites Has excellent resistance to the first ionic liquid 3.

逆に、配位不飽和サイトを有するCr−MIL−101、Mg−MOF−74、Zn−MOF−74、HKUST−1は、第1のイオン液体3に対する耐性が若干低くなる。ただし、UiO−66、UiO−67、およびUiO−68は配位不飽和サイトを有するものの、例外的に第1のイオン液体3への耐性が極めて高い。なぜなら、これらの多孔性配位高分子の主鎖を構成する金属イオンはZr4+であるが、このZr原子は周囲の原子に8配位、配位不飽和サイトを形成した場合でも7配位と、他の多孔性配位高分子よりも大きな配位数を有しているためである。配位数が多いと、第1のイオン液体3のアニオンが容易にZr4+に近づくことができず、多孔性配位高分子は破壊されにくい。 Conversely, Cr-MIL-101, Mg-MOF-74, Zn-MOF-74, and HKUST-1 having coordination unsaturated sites have slightly lower resistance to the first ionic liquid 3. However, although UiO-66, UiO-67, and UiO-68 have coordination unsaturated sites, they are exceptionally highly resistant to the first ionic liquid 3. This is because the metal ion constituting the main chain of these porous coordination polymers is Zr 4+ , but this Zr atom is 8-coordinated to the surrounding atoms and 7-coordinate even when a coordination unsaturated site is formed. This is because it has a higher coordination number than other porous coordination polymers. When the coordination number is large, the anion of the first ionic liquid 3 cannot easily approach Zr 4+ , and the porous coordination polymer is not easily destroyed.

一方、先に述べたようにCr−MIL−101、Mg−MOF−74、Zn−MOF−74、HKUST−1は、主鎖を構成する金属イオンが周囲の原子に6配位、配位不飽和サイトを形成した場合は5配位と、配位数が小さい。ゆえに、第1のイオン液体3のアニオンが金属イオンに容易に接近でき、多孔性配位高分子を破壊してしまう。   On the other hand, as described above, Cr-MIL-101, Mg-MOF-74, Zn-MOF-74, and HKUST-1 have six-coordinate and non-coordinated metal ions constituting the main chain to surrounding atoms. In the case where a saturated site is formed, the coordination number is small and the coordination number is small. Therefore, the anion of the first ionic liquid 3 can easily approach the metal ion and destroy the porous coordination polymer.

多孔性配位高分子が配位不飽和サイトを有するか否かは、多孔性配位高分子の結晶構造によって判断することができる。多孔性配位高分子の結晶構造は、例えばX線回折、赤外分光法などによって調べることができる。配位不飽和サイトの数は、多孔性配位高分子の種類によって決定される。例えば、Cr−MIL−101、Mg−MOF−74、Zn−MOF−74、HKUST−1は、配位不飽和サイトの数と金属イオンの数とが同じである。UiO−66、UiO−67、UiO−68は金属イオン3個あたり1個の配位不飽和サイトを有している。   Whether or not the porous coordination polymer has coordination unsaturated sites can be determined by the crystal structure of the porous coordination polymer. The crystal structure of the porous coordination polymer can be examined by, for example, X-ray diffraction or infrared spectroscopy. The number of coordination unsaturated sites is determined by the type of porous coordination polymer. For example, Cr-MIL-101, Mg-MOF-74, Zn-MOF-74, and HKUST-1 have the same number of coordination unsaturated sites and the number of metal ions. UiO-66, UiO-67, and UiO-68 have one coordination unsaturated site per three metal ions.

Cr−MIL−101、Mg−MOF−74、Zn−MOF−74、およびHKUST−1は、各金属イオンが6個の酸素原子と配位結合している。6個のうち5個は有機配位子の酸素原子であり、残りの1個は溶媒(例えばDMFや水など)分子の酸素原子である。このような多孔性配位高分子を、例えば真空引きしながら加熱することによって、金属イオンに配位している溶媒分子を除去することができる。その結果、金属イオンの配位サイト6個のうち1個が空き、配位不飽和サイトが形成される。   In Cr-MIL-101, Mg-MOF-74, Zn-MOF-74, and HKUST-1, each metal ion is coordinated to six oxygen atoms. Five of the six are oxygen atoms of the organic ligand, and the remaining one is an oxygen atom of a solvent (for example, DMF or water) molecule. By heating such a porous coordination polymer while evacuating, for example, solvent molecules coordinated to metal ions can be removed. As a result, one of the six coordination sites of metal ions is vacant and a coordination unsaturated site is formed.

UiO−66、UiO−67、およびUiO−68において、各Zr4+は8個の酸素原子と配位結合している。8個のうち4個は有機配位子の酸素原子であり、2個はμ3−Oに由来する酸素原子であり、残りの2個はμ3−OHに由来する酸素原子である。このような多孔性配位高分子を、例えば真空引きしながら加熱することによって、各Zr4+に配位している酸素原子が、有機配位子の4個の酸素原子とμ3−Oに由来する3個の酸素原子に変化する。その結果、配位不飽和サイトが1個形成される。 In UiO-66, UiO-67, and UiO-68, each Zr 4+ is coordinated to eight oxygen atoms. Of the eight, four are oxygen atoms of the organic ligand, two are oxygen atoms derived from μ 3 —O, and the remaining two are oxygen atoms derived from μ 3 —OH. By heating such a porous coordination polymer while evacuating, for example, oxygen atoms coordinated with each Zr 4+ are changed to four oxygen atoms of the organic ligand and μ 3 —O. Changes to three oxygen atoms derived from. As a result, one coordination unsaturated site is formed.

ほとんどの多孔性配位高分子は、有機配位子の酸素原子や窒素原子で金属イオンの配位サイトが全て占有されているため、配位不飽和サイトが存在しない。なお、多孔性配位高分子と第1のイオン液体3とからなる複合体1Aの場合、第1のイオン液体3のアニオンが、金属イオンの配位不飽和サイトに容易に配位して、配位不飽和サイトが消滅していると考えられる。本明細書においては、多孔性配位高分子内の第1の細孔21内の第1のイオン液体3を除去し、さらに真空引きしながら加熱などを行うことによって、配位不飽和サイトを形成することが可能な場合、「多孔性配位高分子が配位不飽和サイトを有する」と定義する。   In most porous coordination polymers, the coordination sites of metal ions are all occupied by oxygen atoms and nitrogen atoms of the organic ligand, so there are no coordination unsaturated sites. In the case of the complex 1A composed of the porous coordination polymer and the first ionic liquid 3, the anion of the first ionic liquid 3 is easily coordinated to the coordination unsaturated site of the metal ion, It is considered that the coordination unsaturated site has disappeared. In the present specification, by removing the first ionic liquid 3 in the first pores 21 in the porous coordination polymer and performing heating or the like while evacuating, the coordination unsaturated sites are formed. When it can be formed, it is defined as “the porous coordination polymer has coordination unsaturated sites”.

第1の細孔21内の第1のイオン液体3を除去し、真空引きしながら加熱などを行うことによって、配位不飽和サイトが形成されたか否かは、例えば赤外分光法、元素分析、X線回折などによって確認することができる。溶媒を吸着させたときの光学特性の変化によって評価してもよい。   Whether or not the coordination unsaturated site is formed by removing the first ionic liquid 3 in the first pore 21 and performing heating or the like while evacuating is determined by, for example, infrared spectroscopy or elemental analysis. This can be confirmed by X-ray diffraction. You may evaluate by the change of the optical characteristic when a solvent is made to adsorb | suck.

多孔性配位高分子は、金属イオンが典型金属元素であることが好ましい。典型金属元素とは、金属元素のうち、遷移金属の系列にない、例えば周期表の1族、2族および12族から18族に属する金属元素のことをいう。すなわち、電子が最外殻のs軌道またはp軌道に順次配置され、その上に金属としての特有の性質を持つものである。典型金属元素は価数が変動しにくいため、これらを主鎖に含む多孔性配位高分子は、第1のイオン液体3と接触しても多孔性配位高分子の結晶構造を維持することができる。一方、主鎖に含まれる金属元素が遷移金属元素の場合、第1のイオン液体3との接触によってその価数が変化し、多孔性配位高分子の結晶構造が破壊されることがある。この観点から、好ましい多孔性配位高分子としては、Al−MIL−53、Al(OH)(1,4−NDC)、ZIF−8、およびZIF系のうち金属イオンがZn2+のものが挙げられる。 In the porous coordination polymer, the metal ion is preferably a typical metal element. The typical metal element refers to a metal element that does not belong to the transition metal series, for example, a metal element belonging to Group 1, Group 2, Group 12 to Group 18 of the periodic table. In other words, electrons are sequentially arranged in the s or p orbit of the outermost shell, and have a characteristic property as a metal thereon. Since typical metal elements do not easily change their valence, the porous coordination polymer containing them in the main chain maintains the crystal structure of the porous coordination polymer even when it comes into contact with the first ionic liquid 3. Can do. On the other hand, when the metal element contained in the main chain is a transition metal element, the valence may change due to contact with the first ionic liquid 3, and the crystal structure of the porous coordination polymer may be destroyed. From this point of view, preferable porous coordination polymers include Al-MIL-53, Al (OH) (1,4-NDC), ZIF-8, and those having a metal ion of Zn 2+ among ZIF series. Can be mentioned.

多孔性配位高分子ナノ粒子2は、原料として金属化合物および有機化合物を使用し、これらを反応溶剤中で反応させることで合成される。これにより、金属イオンと有機配位子とが反応し、配位結合して、多孔性配位高分子が形成される。金属化合物は金属イオンの供給源であり、例えば金属硝酸化物、金属塩化物、金属酸化物などが挙げられる。有機化合物は有機配位子の供給源であり、例えばテレフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2−メチルイミダゾール、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸、シュウ酸、フマル酸などが挙げられる。   The porous coordination polymer nanoparticles 2 are synthesized by using a metal compound and an organic compound as raw materials and reacting them in a reaction solvent. Thereby, a metal ion and an organic ligand react, and a coordination bond is formed, and a porous coordination polymer is formed. A metal compound is a source of metal ions, and examples thereof include metal nitrate, metal chloride, and metal oxide. Organic compounds are sources of organic ligands such as terephthalic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2-methylimidazole, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, oxalic acid And fumaric acid.

反応溶剤としては、金属化合物および有機化合物を溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば水、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、テトラヒドロフラン(THF)、エタノール、メタノールなどが挙げられる。これらを2種類以上混合したものを反応溶剤として用いてもよい。また、イオン液体を反応溶剤として用いてもよい。また、pHを調整するために、適当な酸または塩基を加えてもよい。酸としては例えば氷酢酸、フッ酸などを用いることができる。塩基としては例えばトリエチルアミンなどを用いることができる。   The reaction solvent is not particularly limited as long as it can dissolve a metal compound and an organic compound, and examples thereof include water, N, N-dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), ethanol, methanol and the like. A mixture of two or more of these may be used as the reaction solvent. Moreover, you may use an ionic liquid as a reaction solvent. In addition, an appropriate acid or base may be added to adjust the pH. As the acid, for example, glacial acetic acid or hydrofluoric acid can be used. As the base, for example, triethylamine can be used.

反応溶剤に、金属化合物および有機化合物を溶解させ、保持または撹拌すれば多孔性配位高分子を合成できる。反応は室温またはそれより低温でもよい。溶液に超音波を与えながら合成を行ってもよい。反応は、原料の変質を防ぐため、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。金属化合物および有機化合物を溶解させた溶液を、減圧雰囲気下で噴霧するスプレードライ法によって多孔性配位高分子を合成してもよい。   A porous coordination polymer can be synthesized by dissolving and holding or stirring a metal compound and an organic compound in a reaction solvent. The reaction may be at room temperature or lower. Synthesis may be performed while applying ultrasonic waves to the solution. The reaction may be performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas in order to prevent deterioration of the raw material. The porous coordination polymer may be synthesized by a spray drying method in which a solution in which a metal compound and an organic compound are dissolved is sprayed under a reduced pressure atmosphere.

ここで、多孔性配位高分子ナノ粒子2は、一次粒子の平均粒径が50nm以下である。これにより、多孔性配位高分子の第1の細孔21内への第1のイオン液体3の充填率を向上させることができる。すなわち、第1のイオン液体3が多孔性配位高分子の第1の細孔21中を拡散する速度は極めて遅い。そのため、図2および図3に示すように、後述する比較例に係る粗大粒子の複合体100では、第1のイオン液体3は粒子の表面近傍にとどまっていると考えられる。一次粒子の平均粒径を50nm以下にすると、第1の細孔21内に第1のイオン液体3を注入するときに多孔性配位高分子が第1のイオン液体3によって分解されるのを抑制しつつ、第1のイオン液体3が粒子2の中心部に達するまでの移動距離を短くできる。その結果、第1のイオン液体3の充填率を向上させることができる。これらの点については、後述において詳細に説明する。一次粒子の平均粒径は、5〜50nmが望ましく、5〜25nmがより望ましい。   Here, the porous coordination polymer nanoparticle 2 has an average primary particle diameter of 50 nm or less. Thereby, the filling rate of the 1st ionic liquid 3 in the 1st pore 21 of a porous coordination polymer | macromolecule can be improved. That is, the speed at which the first ionic liquid 3 diffuses through the first pores 21 of the porous coordination polymer is extremely slow. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, in the coarse particle composite 100 according to a comparative example described later, it is considered that the first ionic liquid 3 remains in the vicinity of the surface of the particle. When the average particle size of the primary particles is 50 nm or less, the porous coordination polymer is decomposed by the first ionic liquid 3 when the first ionic liquid 3 is injected into the first pores 21. While being suppressed, the moving distance until the first ionic liquid 3 reaches the center of the particle 2 can be shortened. As a result, the filling rate of the first ionic liquid 3 can be improved. These points will be described in detail later. The average particle size of the primary particles is desirably 5 to 50 nm, and more desirably 5 to 25 nm.

粒径の小さい多孔性配位高分子ナノ粒子2を得るには、反応は低温かつ短時間が特に望ましい。高温で長時間反応させると、溶液中に析出した粒子の核が、粗大粒子に成長しやすくなるためである。反応温度は、具体的には室温(23℃)またはそれ以下が望ましい。溶剤を入れた容器を氷水などに浸して冷却しながら行ってもよい。   In order to obtain porous coordination polymer nanoparticles 2 having a small particle size, the reaction is particularly desired to be performed at a low temperature and for a short time. This is because when the reaction is performed at a high temperature for a long time, the nuclei of the particles precipitated in the solution easily grow into coarse particles. Specifically, the reaction temperature is desirably room temperature (23 ° C.) or lower. A container containing a solvent may be cooled while immersed in ice water or the like.

反応時間は1時間以下が望ましく、15分以内がより望ましく、5分以内が特に望ましい。金属化合物を溶かした溶液と、有機化合物を溶かした溶液をそれぞれ別個に用意しておき、これらを混ぜ合わせる手法が望ましい。溶液を混ぜ合わせた時点で、金属イオンと有機配位子の反応が迅速に完了するためである。反応を迅速に完了させるためには、金属化合物および有機化合物が溶液中でほぼ完全に電離していることが望ましい。一般的に有機化合物は電離度が低いため、有機化合物の溶液に塩基を加え、有機化合物からプロトンを引き抜いてイオン化しておくことが望ましい。塩基のモル当量は、引き抜くプロトンのモル当量以上であることが望ましく、2倍以上過剰であることが特に望ましい。塩基としてはトリエチルアミンが望ましい。反応を迅速に完了させるためには、金属イオンまたは有機配位子のどちらか一方が、多孔性配位高分子の化学量論比よりも過剰量存在していることが望ましい。具体的には2倍以上、より望ましくは3倍以上過剰に存在していることが望ましい。また、前述したように有機化合物の電離度は低いため、反応可能な配位子を十分に用意しておくため、有機配位子の方が金属イオンよりも過剰になるようにしておくことが望ましい。   The reaction time is preferably 1 hour or less, more preferably within 15 minutes, and particularly preferably within 5 minutes. It is desirable to prepare a solution in which a metal compound is dissolved and a solution in which an organic compound is dissolved separately, and mix them together. This is because the reaction between the metal ion and the organic ligand is completed quickly when the solution is mixed. In order to complete the reaction quickly, it is desirable that the metal compound and the organic compound are almost completely ionized in the solution. In general, since an organic compound has a low ionization degree, it is desirable to add a base to a solution of the organic compound and extract protons from the organic compound to be ionized. The molar equivalent of the base is preferably equal to or higher than the molar equivalent of the proton to be extracted, and more preferably twice or more in excess. Triethylamine is desirable as the base. In order to complete the reaction rapidly, it is desirable that either the metal ion or the organic ligand is present in an excess amount relative to the stoichiometric ratio of the porous coordination polymer. Specifically, it is desirable to exist in excess of 2 times or more, more desirably 3 times or more. In addition, as described above, since the ionization degree of the organic compound is low, it is necessary to prepare the ligand capable of reacting sufficiently so that the organic ligand is more excessive than the metal ion. desirable.

また、金属化合物を溶かした溶液と、有機化合物を溶かした溶液をそれぞれ別個に用意しておき、溶液のうち一方をスターラーなどで強く撹拌しながら、もう一方の溶液を全て一気に注ぎ入れる手法が特に望ましい。金属イオンと有機配位子の反応を一瞬で完了させられるため、より微細な多孔性配位高分子ナノ粒子2が得られるだけでなく、図4に示すように、ナノ粒子2の表面に微細な凹凸22を形成できる。これは反応を高速で完了させたことによる。   In addition, there is a method in which a solution in which a metal compound is dissolved and a solution in which an organic compound is dissolved are prepared separately, and the other solution is poured all at once while strongly stirring one of the solutions with a stirrer or the like. desirable. Since the reaction between the metal ion and the organic ligand can be completed in an instant, not only finer porous coordination polymer nanoparticles 2 can be obtained, but also as shown in FIG. Can be formed. This is due to the fast completion of the reaction.

このようにナノ粒子2の表面に微細な凹凸22を形成しておくことは、多孔性配位高分子への第1のイオン液体3の導入を容易にできるため望ましい。すなわち、金属イオン23に有機配位子24を配位結合させることによって主鎖を形成している多孔性配位高分子において、その表面に微細な凹凸22を形成しておくと、図5に示すように、第1のイオン液体3はまずこの凹部に溜まり、そこから多孔性配位高分子の第1の細孔21内へと拡散していく。凹部に溜まった第1のイオン液体3の表面は曲率が大きい。すなわち表面エネルギーが大きい状態にある。この曲率は第1の細孔21内に取り込まれたときの曲率と比較的近い。すなわち、第1の細孔21内へ第1のイオン液体3が導入されたときの表面エネルギーの増加が小さいため、第1の細孔21内への第1のイオン液体3の導入が容易になる。一方、図6のように平滑な表面の場合、第1のイオン液体3が溜まる場所が存在しないため、ナノ粒子2外の第1のイオン液体3は曲率が非常に大きく、表面エネルギーが非常に小さい。そのため、第1のイオン液体3を第1の細孔21内に導入する際、図7のようにイオン液体の曲率低下は極めて大きい。すなわち、表面エネルギーがはるかに大きい状態へと変化しなければならない。そのため、表面が平滑な多孔性配位高分子に第1のイオン液体3を導入することは困難を伴う。   Forming fine irregularities 22 on the surface of the nanoparticles 2 in this way is desirable because the first ionic liquid 3 can be easily introduced into the porous coordination polymer. That is, in the porous coordination polymer in which the main chain is formed by coordination bonding of the organic ligand 24 to the metal ion 23, when the fine irregularities 22 are formed on the surface, FIG. As shown, the first ionic liquid 3 first accumulates in this recess and then diffuses into the first pores 21 of the porous coordination polymer. The surface of the first ionic liquid 3 accumulated in the recess has a large curvature. That is, the surface energy is large. This curvature is relatively close to the curvature when taken into the first pore 21. That is, since the increase in surface energy when the first ionic liquid 3 is introduced into the first pore 21 is small, the introduction of the first ionic liquid 3 into the first pore 21 is easy. Become. On the other hand, in the case of a smooth surface as shown in FIG. 6, there is no place where the first ionic liquid 3 accumulates. Therefore, the first ionic liquid 3 outside the nanoparticles 2 has a very large curvature and a very high surface energy. small. For this reason, when the first ionic liquid 3 is introduced into the first pores 21, the decrease in the curvature of the ionic liquid is extremely large as shown in FIG. That is, the surface energy must change to a much higher state. Therefore, it is difficult to introduce the first ionic liquid 3 into the porous coordination polymer having a smooth surface.

反応後、反応溶剤中に沈殿または分散した多孔性配位高分子ナノ粒子2を、例えばろ過、自然沈降、遠心分離などの手法で回収する。多孔性配位高分子ナノ粒子2はろ紙の目を容易に通過するため、自然沈降または遠心分離が望ましい。   After the reaction, the porous coordination polymer nanoparticles 2 precipitated or dispersed in the reaction solvent are collected by a technique such as filtration, natural sedimentation, or centrifugation. Since the porous coordination polymer nanoparticles 2 easily pass through the filter paper, spontaneous sedimentation or centrifugation is desirable.

多孔性配位高分子ナノ粒子2の表面や第1の細孔21内に残存している未反応物質や不純物を除去しておくことが望ましい。未反応物質や不純物が残存していると、多孔性配位高分子と第1のイオン液体3を複合化する際、それらの未反応物質や不純物によって第1の細孔21が狭められたり完全に塞がれたりして、第1のイオン液体3を第1の細孔21内に注入しにくくなる。また、不純物の混入により第1のイオン液体3の物性が変化して融点の制御が困難となる懸念がある。さらに、複合体1Aを電気化学デバイスの電解質として用いた際、金属の析出、ガスの発生、サイクル特性の低下といった不具合の原因となる。   It is desirable to remove unreacted substances and impurities remaining on the surface of the porous coordination polymer nanoparticles 2 and in the first pores 21. If unreacted substances and impurities remain, when the porous coordination polymer and the first ionic liquid 3 are combined, the first pores 21 are narrowed or completely formed by the unreacted substances and impurities. It becomes difficult to inject the first ionic liquid 3 into the first pore 21. In addition, there is a concern that the physical properties of the first ionic liquid 3 change due to the mixing of impurities, making it difficult to control the melting point. Further, when the composite 1A is used as an electrolyte for an electrochemical device, it causes problems such as metal deposition, gas generation, and deterioration of cycle characteristics.

未反応物質や不純物を除去する方法としては、溶剤で多孔性配位高分子を洗浄すればよい。洗浄に用いる溶剤は水、メタノール、THF、DMFが望ましい。特に水、メタノールが望ましい。水、メタノールは分子サイズが小さいため、多孔性配位高分子の第1の細孔21内に容易に入り込み、第1の細孔21内の未反応物質や不純物を容易に除去できるためである。溶剤に多孔性配位高分子を長時間浸漬してもよい。浸漬時間は12時間以上が望ましく、24時間以上がより望ましい。   As a method for removing unreacted substances and impurities, the porous coordination polymer may be washed with a solvent. The solvent used for washing is preferably water, methanol, THF, or DMF. Water and methanol are particularly desirable. This is because water and methanol have a small molecular size, so that they easily enter the first pores 21 of the porous coordination polymer and can easily remove unreacted substances and impurities in the first pores 21. . The porous coordination polymer may be immersed in a solvent for a long time. The immersion time is desirably 12 hours or more, and more desirably 24 hours or more.

未反応物質や不純物を除去する他の方法としては、加熱処理によって吸着した分子やイオンを脱離させる方法がある。有機物を除去したい場合は、空気中または酸素雰囲気中で加熱処理を行うことが望ましい。揮発性物質の場合は真空加熱処理が望ましい。加熱温度は100〜300℃が望ましい。   As another method for removing unreacted substances and impurities, there is a method of desorbing molecules and ions adsorbed by heat treatment. In order to remove organic substances, it is desirable to perform heat treatment in air or in an oxygen atmosphere. In the case of a volatile substance, vacuum heat treatment is desirable. The heating temperature is preferably 100 to 300 ° C.

表面に上記の微細な凹凸22が形成されていることは、ガス吸着測定によって確認できる。ガスは多孔性配位高分子に対して不活性なものであればよく、特に限定されるものではないが、窒素ガスが好適に用いられる。表面に凹凸22が形成されていると、図4から明らかなように、多孔性配位高分子の重量あたりのマイクロ孔の容積が減少する。そのため、ガス吸着測定によってマイクロ孔の容積を調べることによって、表面の凹凸形成を知ることができる。なお、凹凸形成は、SEMやTEMによって確認してもよい。   It can be confirmed by gas adsorption measurement that the fine irregularities 22 are formed on the surface. The gas is not particularly limited as long as it is inert to the porous coordination polymer, and nitrogen gas is preferably used. When the irregularities 22 are formed on the surface, the volume of the micropores per weight of the porous coordination polymer decreases as is apparent from FIG. Therefore, the formation of irregularities on the surface can be known by examining the volume of the micropores by gas adsorption measurement. In addition, you may confirm uneven | corrugated formation by SEM and TEM.

多孔性配位高分子が形成されているか否かは、得られた多孔性配位高分子の粉末X線回折(XRD)測定を行い、得られた回折パターンを解析することで確認できる。また、得られた回折パターンの中から適当なピークを選び出して半値幅を測定し、シェラーの式を適用することによって多孔性配位高分子の粒子サイズ、すなわち一次粒子の平均粒径を評価することができる。SEMやTEMで粒子を観察し、一次粒子の平均粒径を評価してもよい。   Whether or not the porous coordination polymer is formed can be confirmed by performing powder X-ray diffraction (XRD) measurement of the obtained porous coordination polymer and analyzing the obtained diffraction pattern. In addition, an appropriate peak is selected from the obtained diffraction pattern, the half width is measured, and the particle size of the porous coordination polymer, that is, the average particle size of the primary particles is evaluated by applying Scherrer's formula. be able to. The average particle diameter of the primary particles may be evaluated by observing the particles with SEM or TEM.

このような多孔性配位高分子からなる多孔性配位高分子ナノ粒子2を絶縁性、すなわち電子伝導性を有さない絶縁材とし、その第1の細孔21内部に第1のイオン液体3を保持させる。これにより、複合体1Aは、イオン伝導性を有するが電子伝導性を有さないものとなり、電池や電気二重層キャパシタの電解質として用いることができる。   The porous coordination polymer nanoparticle 2 made of such a porous coordination polymer is used as an insulating material having insulating properties, that is, not having electron conductivity, and a first ionic liquid is formed inside the first pore 21. 3 is held. Thereby, 1 A of composite_body | complex has what has ion conductivity, but does not have electronic conductivity, and can be used as an electrolyte of a battery or an electrical double layer capacitor.

第1の細孔21をマイクロ孔領域の大きさとすることにより、多孔質ガラスなどのメソ孔にイオン液体を充填した場合(例えば、特許文献1を参照)のイオン液体の融点や、さらにマイクロ孔相当の直径を有する細孔にイオン液体を充填した場合に予想されるイオン液体の融点と比較して、第1のイオン液体3を実質的に凝固させず、常に液体状態を保つことができるようになる。   By setting the first pore 21 to the size of the micropore region, the melting point of the ionic liquid when a mesopore such as porous glass is filled with the ionic liquid (see, for example, Patent Document 1), and the micropore Compared with the melting point of the ionic liquid expected when pores having a considerable diameter are filled with the ionic liquid, the first ionic liquid 3 can be kept in a liquid state without being substantially solidified. become.

これは、第1のイオン液体3を保持する細孔の大きさがマイクロ孔の領域になると、細孔内に存在できるイオン対の数は、細孔の直径方向に10対(つい)オーダー以下にまで減少することに起因する。第1のイオン液体3は凝固するときに、第1のイオン液体3を構成するカチオンとアニオンとが水素結合によって規則的に配列する必要がある。しかし、細孔の大きさがマイクロ孔の領域になると、細孔内に存在するイオンの数が極端に少なくなる。そのため、イオンが極性の異なる他のイオンを容易に見つけられず、イオン対の形成が困難になる。さらに、カチオンとアニオンが規則的に配列した結晶構造を取ることが実質的に不可能になり、第1のイオン液体3の凝固が起こらなくなる。その結果、第1のイオン液体3が常に液体状態を保つことができるようになると考えられる。   This is because when the size of the pores that hold the first ionic liquid 3 is in the micropore region, the number of ion pairs that can exist in the pores is less than or equal to the order of 10 pairs in the diameter direction of the pores. Due to the decrease to When the first ionic liquid 3 is solidified, the cations and anions constituting the first ionic liquid 3 need to be regularly arranged by hydrogen bonds. However, when the pore size is in the micropore region, the number of ions present in the pore is extremely reduced. Therefore, it is difficult to find other ions having different polarities, making it difficult to form ion pairs. Furthermore, it becomes virtually impossible to take a crystal structure in which cations and anions are regularly arranged, and the first ionic liquid 3 does not coagulate. As a result, it is considered that the first ionic liquid 3 can always maintain a liquid state.

また、多孔性配位高分子によっては、第1の細孔21内に存在する分子によって、第1の細孔21の大きさが膨張あるいは収縮する性質を有するものがある。このような多孔性配位高分子からなる多孔性配位高分子ナノ粒子2の第1の細孔21に第1のイオン液体3を充填すると、カチオンとアニオンとが規則的に配列しやすくなるように、第1の細孔21が最適な大きさに変形する。そのため、第1のイオン液体3は結晶状態が安定となり、融点が上昇すると考えられる。第1の細孔21の大きさが膨張あるいは収縮する性質を有する多孔性配位高分子としては、例えばAl−MIL−53、Cr−MIL−53、Fe−MIL−53などが挙げられる。   Some porous coordination polymers have the property that the size of the first pores 21 is expanded or contracted by the molecules present in the first pores 21. When the first ionic liquid 3 is filled in the first pores 21 of the porous coordination polymer nanoparticle 2 made of such a porous coordination polymer, the cation and the anion are easily arranged regularly. As described above, the first pore 21 is deformed to an optimum size. Therefore, the first ionic liquid 3 is considered to have a stable crystalline state and an increased melting point. Examples of the porous coordination polymer having the property that the size of the first pore 21 expands or contracts include Al-MIL-53, Cr-MIL-53, Fe-MIL-53, and the like.

国際純正応用化学連合(IUPAC)の触媒分野において、マイクロ孔とは直径2nm以下の細孔で定義され、同様に直径2〜50nmの細孔をメソ孔、直径50nm以上の細孔をマクロ孔と定義されている。また、イオン液体とは、一般に100℃以下の融点を有する塩のことを意味する。しかし、本明細書では、第1の細孔21内に保持することにより融点が100℃以下になる塩を含めてイオン液体と称する。   In the catalyst field of the International Union of Applied Chemistry (IUPAC), micropores are defined as pores with a diameter of 2 nm or less. Similarly, pores with a diameter of 2 to 50 nm are mesopores, and pores with a diameter of 50 nm or more are macropores. Is defined. The ionic liquid generally means a salt having a melting point of 100 ° C. or lower. However, in the present specification, a salt that has a melting point of 100 ° C. or lower when held in the first pore 21 is referred to as an ionic liquid.

第1の細孔21の直径は、1.5nm以下であることが好ましく、これにより第1のイオン液体3の融点をさらに大きく低下させることができる。また、第1の細孔21の直径は0.3nm以上であることが好ましい。0.3nmより小さい第1の細孔21の中には、第1のイオン液体3を構成するイオンを存在させにくくなるためである。第1の細孔21の直径は、例えばガス吸着法で測定したり、X線構造解析により得られた結晶構造から求めたりできる。ガス吸着法で測定する場合は、複合体1Aを水やメタノールなどで洗浄するなどして、第1の細孔21内の第1のイオン液体3や吸着物を除去し、真空中で加熱処理するなどして、洗浄に用いた溶媒を除去した後に測定すればよい。   The diameter of the first pores 21 is preferably 1.5 nm or less, whereby the melting point of the first ionic liquid 3 can be further greatly reduced. The diameter of the first pore 21 is preferably 0.3 nm or more. This is because it is difficult for ions constituting the first ionic liquid 3 to be present in the first pores 21 smaller than 0.3 nm. The diameter of the first pore 21 can be measured, for example, by a gas adsorption method or can be obtained from a crystal structure obtained by X-ray structure analysis. When measuring by the gas adsorption method, the composite 1A is washed with water, methanol, or the like to remove the first ionic liquid 3 or adsorbate in the first pores 21, and then heat-treated in a vacuum. For example, the measurement may be performed after removing the solvent used for washing.

本明細書においては、第1の細孔21の直径を、測定した細孔径分布の平均値(平均細孔径)、または多孔性配位高分子ナノ粒子2が結晶構造に由来する第1の細孔21を有する場合には、第1の細孔21の内壁に内接する球の直径とし、第1の細孔21の直径が2nm以下である場合を、第1の細孔21がマイクロ孔の領域であるとした。   In the present specification, the diameter of the first pore 21 is the average value of the measured pore diameter distribution (average pore diameter), or the first fine particles derived from the crystalline structure of the porous coordination polymer nanoparticles 2. In the case of having the holes 21, the diameter of the sphere inscribed in the inner wall of the first pore 21 is set, and when the diameter of the first pore 21 is 2 nm or less, the first pore 21 is a micropore. It was an area.

第1の細孔21の形状は1次元、2次元および3次元のいずれでもよいが、3次元であることが特に好ましい。第1の細孔21の形状が3次元であると、イオン伝導のパスが最も確実に構築される。すなわち、イオン伝導のパスが等方的に形成されるとともに相互接続が容易になり、イオン伝導率が高くなるからである。   The shape of the first pore 21 may be one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional, but is preferably three-dimensional. When the shape of the first pore 21 is three-dimensional, the ion conduction path is most reliably constructed. In other words, the ion conduction path is formed isotropically, the interconnection is facilitated, and the ionic conductivity is increased.

多孔性配位高分子ナノ粒子2の形状は特に限定されず、例えば、球形、立方体、直方体、正八面体、その他多面体、樹状、針状、ロッド状、板状など、いずれの形状であってもよい。すなわち、多孔性配位高分子ナノ粒子2における粒子とは、球形のみに限定されるものではなく、その効果を損なわない限りにおいて、球形以外の形状をも含む概念である。   The shape of the porous coordination polymer nanoparticle 2 is not particularly limited, and may be any shape such as a sphere, a cube, a cuboid, a regular octahedron, other polyhedrons, a tree shape, a needle shape, a rod shape, a plate shape, and the like. Also good. That is, the particle in the porous coordination polymer nanoparticle 2 is not limited to a spherical shape, and is a concept including shapes other than a spherical shape as long as the effect is not impaired.

第1の細孔21内に第1のイオン液体3を注入する方法としては、例えば粒子2と第1のイオン液体3との混合物を静置しておく方法などが挙げられる。第1のイオン液体3の第1の細孔21への拡散を促進するため、混合物を加熱することが望ましい。加熱温度は100〜200℃が望ましい。温度が高いほど第1のイオン液体3の拡散速度が大きくなる一方、温度が高すぎると多孔性配位高分子が第1のイオン液体3によって分解されやすくなるためである。多孔性配位高分子と第1のイオン液体3との組み合わせにより、静置温度は適宜調整される。   Examples of the method for injecting the first ionic liquid 3 into the first pore 21 include a method in which a mixture of the particles 2 and the first ionic liquid 3 is allowed to stand. In order to promote the diffusion of the first ionic liquid 3 into the first pores 21, it is desirable to heat the mixture. The heating temperature is preferably 100 to 200 ° C. This is because the diffusion rate of the first ionic liquid 3 increases as the temperature increases, whereas the porous coordination polymer tends to be decomposed by the first ionic liquid 3 when the temperature is too high. The standing temperature is appropriately adjusted depending on the combination of the porous coordination polymer and the first ionic liquid 3.

加熱時間は25時間以内であることが望ましい。加熱時間が長すぎると、多孔性配位高分子が第1のイオン液体3によって分解されやすくなるためである。第1のイオン液体3が第1の細孔21を通じて多孔性配位高分子ナノ粒子2の中心部に達するまでの移動距離が短いほど、より確実に第1のイオン液体3をナノ粒子2の内部の第1の細孔21内まで注入することが可能になる。200℃に加熱した場合であっても、第1のイオン液体3が多孔性配位高分子の第1の細孔21中を拡散する速度は1nm/h(時間)程度と見積もられる。先述したように加熱時間は25時間以内が望ましいため、多孔性配位高分子ナノ粒子2の一次粒子の平均粒径は50nm以下である。   The heating time is preferably within 25 hours. This is because if the heating time is too long, the porous coordination polymer is easily decomposed by the first ionic liquid 3. The shorter the moving distance until the first ionic liquid 3 reaches the center of the porous coordination polymer nanoparticle 2 through the first pore 21, the more reliably the first ionic liquid 3 is attached to the nanoparticle 2. It becomes possible to inject into the inside first pore 21. Even when heated to 200 ° C., the rate at which the first ionic liquid 3 diffuses through the first pores 21 of the porous coordination polymer is estimated to be about 1 nm / h (hour). As described above, since the heating time is preferably within 25 hours, the average particle diameter of the primary particles of the porous coordination polymer nanoparticles 2 is 50 nm or less.

また、第1の細孔21や第1のイオン液体3へのガス、特に水分の吸着を防ぐため、多孔性配位高分子への第1のイオン液体3の注入処理は、例えば真空中や、露点−20℃以下の乾燥雰囲気中で行うことが好ましい。さらに、多孔性配位高分子やイオン液体の酸化還元などの化学反応を防止するため、真空中や、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で注入処理することがさらに好ましい。   In addition, in order to prevent adsorption of gas, particularly moisture, to the first pores 21 and the first ionic liquid 3, the injection process of the first ionic liquid 3 into the porous coordination polymer is performed in, for example, a vacuum or It is preferable to carry out in a dry atmosphere with a dew point of −20 ° C. or lower. Furthermore, in order to prevent chemical reactions such as oxidation and reduction of the porous coordination polymer and the ionic liquid, it is more preferable to perform the implantation treatment in a vacuum or in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas.

第1のイオン液体3としては、例えばイミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、ピリジニウム塩、4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩、スルホニウム塩などが挙げられる。リチウム塩、ナトリウム塩などのアルカリ金属塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩を用いてもよい。これらの中でも、カチオンのサイズが比較的小さく、融点が低く、イオン伝導性の高いイミダゾリウム塩が特に好適に用いられる。   Examples of the first ionic liquid 3 include imidazolium salts, pyrrolidinium salts, pyridinium salts, quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, and sulfonium salts. Alkali metal salts such as lithium salts and sodium salts, and alkaline earth metal salts such as magnesium salts may be used. Among these, an imidazolium salt having a relatively small cation size, a low melting point, and high ion conductivity is particularly preferably used.

アニオンとしては、例えばCl、Brなどのハロゲン、BF4、PF6、CF3SO3、FSO2NSO2F(FSI)、CF3SO2NSO2CF3(TFSI)、C25SO2NSO225(BETI)、SCN、ClO4、SO364CH3(p−トルエンスルホナート)などが挙げられる。これらの中でも、融点を低くでき、イオン伝導性の高いTFSIが特に好適に用いられる。 Examples of the anion include halogen such as Cl and Br, BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , FSO 2 NSO 2 F (FSI), CF 3 SO 2 NSO 2 CF 3 (TFSI), and C 2 F 5 SO 2. NSO 2 C 2 F 5 (BETI ), SCN, ClO 4, SO 3 C 6 H 4 CH 3 (p- toluenesulfonate), and the like. Among these, TFSI that can lower the melting point and has high ion conductivity is particularly preferably used.

これらのイオン液体は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。電池の電解質としては、リチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩を溶解させたものが特に好適に用いられる。特にリチウム塩が望ましい。言い換えれば、第1のイオン液体3が、リチウムを含有するのが望ましい。文献(例えばY. Umebayashi et al., J. Phys. Chem. B 2007, 111, 13028.)に示されているように、イオン液体単独の場合、リチウムイオンはアニオンが複数個配位した分子として存在している。この状態では分子のサイズが大きいため、リチウムイオンの移動度は低下してしまう。しかし、第1の細孔21内に第1のイオン液体3を導入すると、リチウムイオンに配位しているアニオンと、第1の細孔21の内壁との間に相互作用が働き、リチウムイオンとアニオンとの相互作用が弱まる。その結果、リチウムイオンとアニオンとの結合・解離が容易になり、リチウムイオンはアニオン間を跳び移るように移動することが可能となる。この伝導機構では、カチオンのサイズが小さい方が、多孔性配位高分子ナノ粒子2の第1の細孔21内をスムーズに移動できる。リチウムイオンはイオン半径が小さいため、多孔性配位高分子ナノ粒子2の第1の細孔21内をスムーズに移動することができる。そのため、イオン伝導性複合体1Aをリチウムイオン電池の電解質として好適に用いることができる。イオン液体中のカチオンに占めるリチウムイオンの割合は、モル比で10〜50%が望ましく、10〜30%がより望ましい。リチウムイオンの量が少なすぎると、電池の電解質として機能しにくくなる。リチウムイオンの量が多すぎると、リチウムイオンとアニオンの相互作用が大きくなってしまい、リチウムイオンの伝導度が極端に低下する傾向がある。   These ionic liquids may be used alone or in combination of two or more. As the battery electrolyte, a lithium salt, sodium salt, or magnesium salt dissolved is particularly preferably used. A lithium salt is particularly desirable. In other words, it is desirable that the first ionic liquid 3 contains lithium. As shown in the literature (for example, Y. Umebayashi et al., J. Phys. Chem. B 2007, 111, 13028.), in the case of an ionic liquid alone, lithium ion is a molecule in which a plurality of anions are coordinated. Existing. In this state, since the size of the molecule is large, the mobility of lithium ions is lowered. However, when the first ionic liquid 3 is introduced into the first pore 21, an interaction works between the anion coordinated with the lithium ion and the inner wall of the first pore 21, and the lithium ion And the anion is weakened. As a result, the binding / dissociation between the lithium ion and the anion becomes easy, and the lithium ion can move so as to jump between the anions. In this conduction mechanism, the smaller the cation size, the smoother movement in the first pore 21 of the porous coordination polymer nanoparticle 2 is possible. Since lithium ions have a small ion radius, they can move smoothly in the first pores 21 of the porous coordination polymer nanoparticles 2. Therefore, the ion conductive composite 1A can be suitably used as an electrolyte of a lithium ion battery. The proportion of lithium ions in the cation in the ionic liquid is preferably 10 to 50%, more preferably 10 to 30% in terms of molar ratio. When the amount of lithium ions is too small, it becomes difficult to function as an electrolyte of the battery. When the amount of lithium ions is too large, the interaction between lithium ions and anions becomes large, and the conductivity of lithium ions tends to extremely decrease.

このような第1のイオン液体3を、多孔性配位高分子ナノ粒子2の第1の細孔21内に注入することにより、複合体1Aが得られる。このとき、上述のような第1のイオン液体3に対する耐性が若干低い多孔性配位高分子は、解離度が高くカチオンとアニオンが個別に運動しやすい第1のイオン液体3、例えば1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI−TFSI)などを用いると破壊されることがある。このような多孔性配位高分子を用いて複合体1Aを形成する場合は、解離度が低い第1のイオン液体3、例えばカチオンとしてピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピリジニウムイオン、脂肪族四級アンモニウムイオン、脂肪族四級ホスホニウムイオン、脂肪族三級スルホニウムイオンを含むもの、あるいはアニオンとしてCl-、Br-などのハロゲン、BF4 -、PF6 -、ClO4 -、SO364CH3 -(p−トルエンスルホナート)、SCN-を含むものなどを用いればよい。 By injecting such a first ionic liquid 3 into the first pores 21 of the porous coordination polymer nanoparticles 2, a composite 1A is obtained. At this time, the porous coordination polymer having a slightly low resistance to the first ionic liquid 3 as described above has a high degree of dissociation and the first ionic liquid 3, for example, 1-ethyl, in which the cation and the anion easily move individually. When -3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI-TFSI) is used, it may be destroyed. When the complex 1A is formed using such a porous coordination polymer, the first ionic liquid 3 having a low dissociation degree, for example, pyrrolidinium ion, piperidinium ion, pyridinium ion, aliphatic quaternary as a cation. One containing an ammonium ion, an aliphatic quaternary phosphonium ion, an aliphatic tertiary sulfonium ion, or a halogen such as Cl or Br as an anion, BF 4 , PF 6 , ClO 4 , SO 3 C 6 H 4 What contains CH 3 (p-toluenesulfonate), SCN or the like may be used.

多孔性配位高分子と第1のイオン液体3との混合比率は、多孔性配位高分子に含まれる第1の細孔21の全容積と第1のイオン液体3の体積とが等しくなるように混合することが好ましいが、第1のイオン液体3が過少・過剰となるような比率で混合しても構わない。ただし、第1のイオン液体3が過少となる場合でも、第1の細孔21の全容積に対する第1のイオン液体3の体積は、20%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは75%以上である。第1のイオン液体3の量が少ないほど第1のイオン液体3のパスが途切れやすく、イオン伝導が遮断される可能性がある。また、第1のイオン液体3が過剰となる場合には、第1の細孔21の全容積に対する第1のイオン液体3の体積は、200%(2倍)未満であることが好ましい。特に、融点低下を目的とする場合、200%(2倍)以上になると、余剰の第1のイオン液体3が多孔性配位高分子の外周を覆ってしまい、複合体1Aのイオン伝導度は、第1の細孔21外に存在する第1のイオン液体3により律速されることになる。この場合、特に、第1の細孔21内の第1のイオン液体3が液体状であっても、第1の細孔21外に存在する余剰の第1のイオン液体3が固体状となる温度域では、複合体1Aのイオン伝導度が、固体状の第1のイオン液体3により律速されることになる。そのため、マイクロ孔領域の第1の細孔21内に第1のイオン液体3を保持することによる第1のイオン液体3の融点低下の効果が得られないおそれがある。   The mixing ratio of the porous coordination polymer and the first ionic liquid 3 is such that the total volume of the first pores 21 included in the porous coordination polymer and the volume of the first ionic liquid 3 are equal. However, it may be mixed in such a ratio that the first ionic liquid 3 becomes too little or too much. However, even when the amount of the first ionic liquid 3 is too small, the volume of the first ionic liquid 3 with respect to the total volume of the first pores 21 is preferably 20% or more, more preferably 50% or more. More preferably, it is 75% or more. As the amount of the first ionic liquid 3 is smaller, the path of the first ionic liquid 3 is more likely to be interrupted, and ion conduction may be interrupted. Moreover, when the 1st ionic liquid 3 becomes excess, it is preferable that the volume of the 1st ionic liquid 3 with respect to the total volume of the 1st pore 21 is less than 200% (2 times). In particular, when the purpose is to lower the melting point, when it becomes 200% (twice) or more, the excess first ionic liquid 3 covers the outer periphery of the porous coordination polymer, and the ionic conductivity of the composite 1A is as follows. The rate is limited by the first ionic liquid 3 existing outside the first pore 21. In this case, in particular, even if the first ionic liquid 3 in the first pore 21 is in a liquid state, the surplus first ionic liquid 3 existing outside the first pore 21 is in a solid state. In the temperature range, the ionic conductivity of the composite 1 </ b> A is limited by the solid first ionic liquid 3. Therefore, there is a possibility that the effect of lowering the melting point of the first ionic liquid 3 by holding the first ionic liquid 3 in the first pores 21 in the micropore region may not be obtained.

多孔性配位高分子の第1の細孔21内部に第1のイオン液体3が保持されていることは、例えば、第1のイオン液体3単独および複合体1Aの示差走査熱量分析(DSC)を行い、発熱または吸熱を示すピークの出現温度が、第1のイオン液体3単独の場合と複合体1Aの場合とで異なるか否かを確認すればよい。複合体1Aが一切の発熱または吸熱ピークを示さない場合もある。あるいは、多孔性配位高分子の第1の細孔21の容積に対して第1のイオン液体3が過剰に存在する場合は、第1のイオン液体3単独の場合と同じ融点を示すこともある。このような場合には、複合体1Aを、固体核磁気共鳴(NMR)分析法、交流インピーダンス法などの手法で測定温度を変えながら評価し、第1のイオン液体3単独の場合の融点よりも低温における相転移挙動の有無を確認することで、多孔性配位高分子の第1の細孔21内に第1のイオン液体3が存在するか否かを判断できる。   The fact that the first ionic liquid 3 is held inside the first pore 21 of the porous coordination polymer is, for example, the differential scanning calorimetry (DSC) of the first ionic liquid 3 alone and the complex 1A. It is only necessary to confirm whether or not the appearance temperature of the peak indicating exotherm or endotherm is different between the case of the first ionic liquid 3 alone and the case of the complex 1A. The composite 1A may not show any exothermic or endothermic peak. Or when the 1st ionic liquid 3 exists excessively with respect to the volume of the 1st pore 21 of a porous coordination polymer, it may show the same melting point as the case of the 1st ionic liquid 3 alone. is there. In such a case, the composite 1A is evaluated while changing the measurement temperature by a method such as a solid nuclear magnetic resonance (NMR) analysis method or an AC impedance method, and the melting point in the case of the first ionic liquid 3 alone is evaluated. By confirming the presence or absence of the phase transition behavior at low temperature, it can be determined whether or not the first ionic liquid 3 is present in the first pores 21 of the porous coordination polymer.

第1の細孔21内部に吸蔵している分子の種類によって多孔性配位高分子の結晶構造が変化する場合は、複合体1AのX線回折(XRD)パターンの解析から、第1の細孔21内に第1のイオン液体3が保持されていることを確認することもできる。例えば、多孔性配位高分子としてAl−MIL−53を用いた場合、Al−MIL−53単独で第1の細孔21内に水分のみが吸着している場合は単斜晶の構造を有する。一方、Al−MIL−53の第1の細孔21内に第1のイオン液体3であるEMI−TFSIが存在する場合は斜方晶の構造を有する。そのため、X線回折(XRD)パターンの解析から第1の細孔21内部に吸蔵している物質の有無および種類を判別できる。   When the crystal structure of the porous coordination polymer changes depending on the type of molecules occluded inside the first pore 21, the first fine structure is analyzed based on the X-ray diffraction (XRD) pattern analysis. It can also be confirmed that the first ionic liquid 3 is held in the hole 21. For example, when Al-MIL-53 is used as the porous coordination polymer, the monoclinic structure is obtained when only moisture is adsorbed in the first pores 21 by Al-MIL-53 alone. . On the other hand, when EMI-TFSI which is the 1st ionic liquid 3 exists in the 1st pore 21 of Al-MIL-53, it has an orthorhombic structure. Therefore, the presence and type of the substance occluded in the first pore 21 can be determined from the analysis of the X-ray diffraction (XRD) pattern.

なお、使用する多孔性配位高分子や第1のイオン液体3の種類および組成は、例えば元素分析、X線回折(XRD)測定、核磁気共鳴(NMR)分析、赤外吸光分析(IR)などにより特定すればよい。   The kind and composition of the porous coordination polymer and the first ionic liquid 3 used are, for example, elemental analysis, X-ray diffraction (XRD) measurement, nuclear magnetic resonance (NMR) analysis, infrared absorption analysis (IR). What is necessary is just to specify by.

なお、上述した第1のイオン液体3として、プラスチッククリスタル相(柔粘性結晶相)を示すイオン液体を用いてもよい。プラスチッククリスタルは柔粘性結晶とも呼ばれ、固体でありながら高いイオン伝導性を示す材料群である。イオンがほぼ完全に固定されてしまう結晶状態と異なり、プラスチッククリスタル相の中では、イオンがある程度自由に運動できる。そのため、結晶中の欠陥をイオンがホッピング伝導し、高いイオン伝導性を示すと言われている。   In addition, you may use the ionic liquid which shows a plastic crystal phase (plastic crystal phase) as the 1st ionic liquid 3 mentioned above. Plastic crystals, also called plastic crystals, are a group of materials that are solid but exhibit high ionic conductivity. Unlike the crystalline state where the ions are almost completely fixed, the ions can move freely to some extent in the plastic crystal phase. For this reason, ions are said to hop through the defects in the crystal and exhibit high ionic conductivity.

多孔性配位高分子ナノ粒子2の第1の細孔21中に、プラスチッククリスタル相を示すイオン液体を導入すると、第1の細孔21中のイオン液体は、乱れた構造を有するプラスチッククリスタル相を形成する。すなわち欠陥が高密度に導入されるため、イオンのホッピング伝導が容易になる。加えて、多孔性配位高分子をナノ粒子化したことによって、イオン液体を高密度に充填できる。この2つの効果によって、プラスチッククリスタル相を示すイオン液体を多孔性配位高分子と複合化すると、イオン伝導性を高くできる。   When an ionic liquid exhibiting a plastic crystal phase is introduced into the first pores 21 of the porous coordination polymer nanoparticles 2, the ionic liquid in the first pores 21 becomes a plastic crystal phase having a disordered structure. Form. That is, since defects are introduced at a high density, ion hopping conduction is facilitated. In addition, since the porous coordination polymer is made into nanoparticles, the ionic liquid can be filled with high density. Due to these two effects, when an ionic liquid exhibiting a plastic crystal phase is combined with a porous coordination polymer, ion conductivity can be increased.

プラスチッククリスタル相を示すイオン液体も、加熱すれば通常のイオン液体と同様に液体になるため、先述したのと同様の方法で、多孔性配位高分子と複合化することができる。   An ionic liquid exhibiting a plastic crystal phase also becomes a liquid in the same manner as a normal ionic liquid when heated, and can be combined with a porous coordination polymer in the same manner as described above.

イオン液体単独でプラスチッククリスタル相を示すイオン液体であれば、第1のイオン液体3として特に制限なく用いることができるが、例えばピロリジニウム塩、四級アンモニウム塩が好適に用いられる。特にピロリジニウム塩はカチオンのサイズが比較的小さいため、多孔性配位高分子の第1の細孔21中を拡散しやすく、充填量を向上させられる、すなわちイオン伝導度が高くなるため好ましい。   Any ionic liquid that exhibits a plastic crystal phase alone can be used as the first ionic liquid 3 without any particular limitation. For example, pyrrolidinium salts and quaternary ammonium salts are preferably used. In particular, the pyrrolidinium salt is preferable because the size of the cation is relatively small, so that it easily diffuses in the first pores 21 of the porous coordination polymer and can improve the filling amount, that is, the ionic conductivity becomes high.

また、複合体1Aが有機溶媒を含有していてもよい。すなわち、複合体1Aが、第1の細孔21内に、さらに有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒が第1のイオン液体3に溶け込むことによって、第1のイオン液体3の解離度が向上し、イオン伝導性が向上する。これは、有機溶媒が第1のイオン液体3を構成するイオンに配位して溶媒和を形成し、カチオンとアニオンの解離を容易にするためである。   Moreover, 1 A of composites may contain the organic solvent. That is, the composite 1 </ b> A may further contain an organic solvent in the first pores 21. When the organic solvent is dissolved in the first ionic liquid 3, the degree of dissociation of the first ionic liquid 3 is improved, and the ionic conductivity is improved. This is because the organic solvent coordinates with the ions constituting the first ionic liquid 3 to form a solvate and facilitate dissociation of the cation and the anion.

有機溶媒としては、分子中に酸素原子を含むものが望ましい。酸素原子を含む有機分子は極性が大きいため、イオンと溶媒和を作りやすく、イオン伝導度を特に向上させるためである。エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、エチルカルビトール、酢酸セロソルブはイオンと溶媒和を作りやすく、イオン伝導度を特に向上させるため望ましい。多孔性配位高分子の第1の細孔21に導入しやすいため、直鎖状の分子構造を持つものが望ましく、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、エチルカルビトール、酢酸セロソルブが特に望ましい。   As an organic solvent, what contains an oxygen atom in a molecule | numerator is desirable. This is because an organic molecule containing an oxygen atom has a large polarity, so that it is easy to form a solvation with ions, and the ionic conductivity is particularly improved. Ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diglyme, triglyme, tetraglyme, ethyl carbitol, and cellosolve acetate are easy to form solvates with ions, and especially improve ionic conductivity desirable. Since it is easy to introduce into the first pore 21 of the porous coordination polymer, those having a linear molecular structure are desirable, and diglyme, triglyme, tetraglyme, ethyl carbitol, and cellosolve acetate are particularly desirable.

次に、本発明の他の実施態様に係る複合体を、図8〜10に基づいて説明する。
図8に示すように、複合体1Bは、多孔性配位高分子ナノ粒子2、2間に、多孔性配位高分子の結晶構造に由来する第1の細孔21よりも大きい平均細孔径を有する第2の細孔4を形成している。すなわち、複合体1Bにおいて、複数の多孔性配位高分子ナノ粒子2は、互いに隣接するナノ粒子2、2同士が部分的に結合してナノ粒子2、2間に設けられた第2の細孔4を備える集合体を構成している。そして、第2の細孔4の平均細孔径は、第1の細孔21の平均細孔径(直径)よりも大きい。本実施態様において、第1の細孔21はマイクロ孔であり、第2の細孔4はメソ孔である。
Next, the composite_body | complex which concerns on other embodiment of this invention is demonstrated based on FIGS.
As shown in FIG. 8, the composite 1B has an average pore diameter larger than the first pores 21 derived from the crystalline structure of the porous coordination polymer between the porous coordination polymer nanoparticles 2 and 2. The second pores 4 having the above are formed. In other words, in the composite 1B, the plurality of porous coordination polymer nanoparticles 2 include the second fine particles provided between the nanoparticles 2 and 2 in which the adjacent nanoparticles 2 and 2 are partially bonded to each other. An assembly including the holes 4 is formed. The average pore diameter of the second pore 4 is larger than the average pore diameter (diameter) of the first pore 21. In the present embodiment, the first pore 21 is a micropore, and the second pore 4 is a mesopore.

この複合体1Bにおいて、多孔性配位高分子ナノ粒子2、2同士は結晶が連続的につながって一体化している。これにより、ナノサイズ化によるイオン液体導入の容易化はそのままに、多孔性配位高分子ナノ粒子2、2間のイオンの移動がスムーズになるとともに、複合体1Bの強度が向上する。また、図8においては第2の細孔4が空隙になっているが、この一部もしくは全てを後述するイオン伝導性物質で満たしてもよく、全てを第1のイオン液体3で満たすことが特に望ましい。第2の細孔4を第1のイオン液体3等のイオン伝導性物質で満たすことによって、ナノ粒子2、2間のイオンの伝導がよりスムーズになる。また、第2の細孔4内に、有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒としては、上述した実施態様で例示したのと同じ有機溶媒が挙げられる。第2の細孔4内に有機溶媒を含むとき、第1の細孔21内に含まれている有機溶媒と同一の有機溶媒を含むのが好ましい。   In the composite 1B, the porous coordination polymer nanoparticles 2 and 2 are integrated by continuous connection of crystals. Thereby, while facilitating introduction of the ionic liquid by nano-sizing, the movement of ions between the porous coordination polymer nanoparticles 2 and 2 becomes smooth, and the strength of the composite 1B is improved. In FIG. 8, the second pores 4 are voids, but some or all of them may be filled with an ion conductive material to be described later, or all of them may be filled with the first ionic liquid 3. Particularly desirable. By filling the second pores 4 with an ion conductive material such as the first ionic liquid 3, the conduction of ions between the nanoparticles 2 and 2 becomes smoother. The second pore 4 may contain an organic solvent. Examples of the organic solvent include the same organic solvents as exemplified in the above-described embodiment. When the organic solvent is included in the second pore 4, it is preferable to include the same organic solvent as the organic solvent included in the first pore 21.

第2の細孔4の平均細孔径は、5〜50nmが望ましい。第2の細孔4が小さすぎると、そこに繋がる第1の細孔21の数が少なすぎるため、第2の細孔4がイオン伝導にほとんど寄与しなくなる。また、第2の細孔4の平均細孔径を50nm以下とすることで、複合体1Bを圧縮成形した場合に、複合体1Aを単純に圧縮成型した場合と比べてナノ粒子2、2間のスペースが小さくなるため、圧縮成形体中における複合体1Bの占有体積が大きくなる。複合化した第1のイオン液体3は凝固しにくくなるため、複合体1Bの占有体積が大きいと、低温でのイオン伝導率が高くなる。第2の細孔4の平均細孔径は、ガス吸着法または水銀圧入法によって測定できる。第2の細孔4がメソ孔の場合はガス吸着法が、マクロ孔(直径50nm以上)の場合は水銀圧入法が望ましい。   The average pore diameter of the second pores 4 is desirably 5 to 50 nm. If the second pores 4 are too small, the number of the first pores 21 connected thereto is too small, and the second pores 4 hardly contribute to ion conduction. In addition, by setting the average pore diameter of the second pores 4 to 50 nm or less, when the composite 1B is compression-molded, the nano-particles 2 and 2 are more compact than when the composite 1A is simply compression-molded. Since the space is reduced, the occupied volume of the composite 1B in the compression molded body is increased. Since the complexed first ionic liquid 3 is difficult to solidify, the ionic conductivity at a low temperature increases when the volume occupied by the complex 1B is large. The average pore diameter of the second pores 4 can be measured by a gas adsorption method or a mercury intrusion method. The gas adsorption method is desirable when the second pore 4 is a mesopore, and the mercury intrusion method is desirable when the second pore 4 is a macropore (diameter 50 nm or more).

第2の細孔4を有する複合体1Bを作製するには、多孔性配位高分子ナノ粒子2の製造方法に工夫を加えればよい。例えば、溶液中で多孔性配位高分子ナノ粒子2が生成した後も、溶液を撹拌または静置しつづければよい。この操作によって、生成したナノ粒子2の表面が溶解と析出を繰り返すうちに、隣接するナノ粒子2と結合してくる。撹拌または静置の温度は室温、低温、高温いずれでもよい。ナノ粒子2、2同士の結合を促進するため、原料を追加で投入してもよい。   In order to produce the composite 1 </ b> B having the second pores 4, a device may be added to the method for producing the porous coordination polymer nanoparticles 2. For example, the solution may be continuously stirred or left after the porous coordination polymer nanoparticles 2 are formed in the solution. By this operation, while the surface of the generated nanoparticle 2 is repeatedly dissolved and precipitated, it is bonded to the adjacent nanoparticle 2. The temperature of stirring or standing may be room temperature, low temperature, or high temperature. In order to promote the bonding between the nanoparticles 2 and 2, an additional raw material may be added.

第2の細孔4が形成されていることを確認するには、先述した方法で洗浄によって第1のイオン液体3などを除去した後、ガス吸着測定を行えばよい。例えば、メソ孔である第2の細孔4が形成されている場合、通常、相対圧力(ガス圧力を飽和蒸気圧で割った値)0.2〜0.95で吸着が見られる。また、吸着と脱離でヒステリシスが見られる。他の方法としては、SEMやTEMで粒子を観察することによって、第2の細孔4の形成を確認してもよい。   In order to confirm that the second pores 4 are formed, the gas adsorption measurement may be performed after removing the first ionic liquid 3 and the like by washing by the method described above. For example, when the second pore 4 which is a mesopore is formed, the adsorption is usually observed at a relative pressure (a value obtained by dividing the gas pressure by the saturated vapor pressure) 0.2 to 0.95. Moreover, hysteresis is observed in adsorption and desorption. As another method, the formation of the second pores 4 may be confirmed by observing particles with SEM or TEM.

なお、ナノ粒子2、2同士が結合している集合体におけるナノ粒子2の結晶粒径、すなわち一次粒子の平均粒径は、XRDからシェラーの式によって求めた値で定義すればよい。SEMやTEM観察によって求める場合は、図8のdのように、一次粒子の粒子形状を外挿によって求めて一次粒子の粒径とすればよい。なお、図8の集合体は、多孔性配位高分子ナノ粒子2が不規則に配列したものを例示しているが、ナノ粒子2は規則的に配列していてもよい。また、集合体の形状は特に限定されず、例えば球状、立方体、直方体、正八面体、その他多面体、樹状、針状、ロッド状、板状など、所望の形状が採用される。   The crystal particle diameter of the nanoparticles 2 in the aggregate in which the nanoparticles 2 and 2 are bonded, that is, the average particle diameter of the primary particles may be defined by a value obtained from XRD according to Scherrer's equation. When obtained by SEM or TEM observation, the particle shape of the primary particles may be obtained by extrapolation as shown in FIG. In addition, although the aggregate | assembly of FIG. 8 has illustrated the thing in which the porous coordination polymer nanoparticle 2 was irregularly arranged, the nanoparticle 2 may be regularly arranged. The shape of the aggregate is not particularly limited, and for example, a desired shape such as a spherical shape, a cube shape, a rectangular parallelepiped shape, a regular octahedron shape, a polyhedron shape, a dendritic shape, a needle shape, a rod shape, or a plate shape is adopted.

一方、図9に示すように、複合体1Cは、多孔性配位高分子ナノ粒子2をシート状に圧縮成形して得られた構造体である。構造体は、シート状に代えて、膜状にすることもできる。また、構造体は、ナノ粒子2の集合体から構成されていてもよいし、ナノ粒子2とナノ粒子2の集合体が混在したもので構成されていてもよい。すなわち、構造体は、複数のナノ粒子2および上述した集合体のうち少なくとも一方により成形されていればよい。本実施態様では、複数のナノ粒子2、すなわち複合体1Aにより成形されている。このような構造体である複合体1Cは、電池や電気二重層キャパシタの電解質として用いられた場合、構造体1Cが緻密な構造を有するため、ナノ粒子2、2間のイオン伝導パスがつながりやすくなる。したがって、このような複合体1Cは、イオンの良伝導体となる。   On the other hand, as shown in FIG. 9, the composite 1C is a structure obtained by compression-molding the porous coordination polymer nanoparticles 2 into a sheet shape. The structure can be formed into a film instead of a sheet. Moreover, the structure may be comprised from the aggregate | assembly of the nanoparticle 2, and may be comprised from what the nanoparticle 2 and the aggregate | assembly of the nanoparticle 2 were mixed. That is, the structure may be formed by at least one of the plurality of nanoparticles 2 and the aggregate described above. In this embodiment, it is formed by a plurality of nanoparticles 2, that is, the composite 1A. When the composite 1C which is such a structure is used as an electrolyte of a battery or an electric double layer capacitor, the structure 1C has a dense structure, so that the ion conduction path between the nanoparticles 2 and 2 is easily connected. Become. Therefore, the composite 1C is a good ion conductor.

多孔性配位高分子ナノ粒子2を圧縮成形して得られた構造体には、多孔性配位高分子のナノ粒子2、2間および集合体間のうち少なくとも一方に間隙6が形成される。本実施態様では、ナノ粒子2、2間に間隙6が形成される。そして、この間隙6には、図10に示すように、好ましくはイオン伝導性物質5が存在している。間隙6にイオン伝導性物質5が存在することによって、イオン伝導パスが構築される。   In the structure obtained by compression-molding the porous coordination polymer nanoparticles 2, a gap 6 is formed between at least one of the porous coordination polymer nanoparticles 2 and 2 and between the aggregates. . In this embodiment, a gap 6 is formed between the nanoparticles 2 and 2. In the gap 6, an ion conductive material 5 is preferably present as shown in FIG. The presence of the ion conductive material 5 in the gap 6 establishes an ion conduction path.

イオン伝導性物質5としては、例えば水、有機電解液、イオン液体、イオン伝導性高分子などが挙げられる。これらの中でも、イオン伝導性が高く蒸気圧が低い点から、イオン液体(第2のイオン液体)をイオン伝導性物質5が含むことが好ましい。蒸気圧が低いイオン液体は、通常の有機電解液と異なり、蒸発によって失われることがない。特に、多孔性配位高分子の第1の細孔21内に保持されている第1のイオン液体3と同一の物質(イオン液体)を用いた場合には、複合体1Cのナノ粒子2内外のイオン伝導がよりスムーズになり好ましい。   Examples of the ion conductive substance 5 include water, an organic electrolyte, an ionic liquid, and an ion conductive polymer. Among these, the ion conductive material 5 preferably contains an ionic liquid (second ionic liquid) from the viewpoint of high ion conductivity and low vapor pressure. Unlike ordinary organic electrolytes, ionic liquids with low vapor pressure are not lost by evaporation. In particular, when the same substance (ionic liquid) as the first ionic liquid 3 held in the first pores 21 of the porous coordination polymer is used, the inside and outside of the nanoparticles 2 of the composite 1C are used. This is preferable because the ion conduction becomes smoother.

また、イオン伝導性物質5が、有機溶媒を含むことが好ましい。有機溶媒としては、上述した実施態様で例示したのと同じ有機溶媒が挙げられる。また、イオン伝導性物質5が有機溶媒を含むとき、第1の細孔21内および第2の細孔4内に含まれている有機溶媒と同一の有機溶媒を含むのが好ましい。   Moreover, it is preferable that the ion conductive substance 5 contains an organic solvent. Examples of the organic solvent include the same organic solvents as exemplified in the above-described embodiment. Moreover, when the ion conductive substance 5 contains an organic solvent, it is preferable to contain the same organic solvent as the organic solvent contained in the first pore 21 and the second pore 4.

イオン伝導性物質5として、固体のイオン伝導性物質を用いてもよい。固体のイオン伝導性物質としては、イオン伝導性高分子の粒子、無機イオン伝導性物質の粒子などが挙げられる。一般に固体のイオン伝導性物質はイオン伝導度が低いものの、主たるイオン伝導パスを複合体1Cが担い、イオン伝導性物質5は補助的な位置づけであるため、イオン伝導度が低くてもその影響は小さい。固体のイオン伝導性物質の中でも、構造体の形状を保持し易いという点から、イオン伝導性高分子を間隙6に充填することが特に好ましい。   A solid ion conductive material may be used as the ion conductive material 5. Examples of the solid ion conductive material include particles of an ion conductive polymer, particles of an inorganic ion conductive material, and the like. In general, although solid ion conductive materials have low ion conductivity, the composite 1C is responsible for the main ion conduction path, and the ion conductive material 5 is an auxiliary position. small. Among solid ion conductive materials, it is particularly preferable to fill the gap 6 with an ion conductive polymer from the viewpoint of easily maintaining the shape of the structure.

構造体は、例えば多孔性配位高分子ナノ粒子2を、一軸プレス、静水圧プレス、ローラー圧延、押出成形など、周知の方法で加圧成形して得られる。あるいは、構造体は、例えば多孔性配位高分子ナノ粒子2を溶剤に分散したスラリーを、テープキャスティング、スリップキャスティング、スピンコーティングなどの周知のシート成形法で成形し、乾燥することによっても得られる。これらについては、集合体単独または集合体を含む場合にも同様である。   The structure is obtained by, for example, pressure-molding the porous coordination polymer nanoparticles 2 by a known method such as uniaxial pressing, isostatic pressing, roller rolling, or extrusion molding. Alternatively, the structure can be obtained by, for example, forming a slurry in which the porous coordination polymer nanoparticles 2 are dispersed in a solvent by a known sheet forming method such as tape casting, slip casting, spin coating, and drying. . The same applies to an aggregate alone or an aggregate.

このようにして得られた構造体の多孔性配位高分子の第1の細孔21に、第1のイオン液体3が注入される。なお、注入方法は、上述の通りである。また、イオン伝導性物質5を用いる場合は、通常、第1のイオン液体3の注入後に、間隙6にイオン伝導性物質5が注入される。例えば、イオン伝導性物質5は、ナノ粒子2やナノ粒子2の集合体と固体(粉末)のイオン伝導性物質5とを混合したり、ナノ粒子2やナノ粒子2の集合体に液状のイオン伝導性物質5を溶剤として使用したりして成形することにより、間隙6に存在させてもよい。また、ナノ粒子2やナノ粒子2の集合体である多孔性配位高分子の第1の細孔21に第1のイオン液体3を注入した後、注入後の複合体1Aや複合体1Bを所望の形状に成形してもよい。そして、間隙6にイオン伝導性物質5を存在させてもよい。   The first ionic liquid 3 is injected into the first pores 21 of the porous coordination polymer of the structure thus obtained. The injection method is as described above. When the ion conductive material 5 is used, the ion conductive material 5 is usually injected into the gap 6 after the first ionic liquid 3 is injected. For example, the ion conductive material 5 is a mixture of the nanoparticles 2 or the aggregates of the nanoparticles 2 and the solid (powder) ion conductive material 5, or liquid ions in the nanoparticles 2 or the aggregates of the nanoparticles 2. The conductive material 5 may be formed in the gap 6 by using it as a solvent. In addition, after the first ionic liquid 3 is injected into the first pores 21 of the porous coordination polymer that is an assembly of the nanoparticles 2 and the nanoparticles 2, the composite 1A and the composite 1B after the injection are injected. You may shape | mold into a desired shape. Then, the ion conductive material 5 may be present in the gap 6.

例示したイオン伝導性物質5を間隙6に注入する方法をまとめると、以下の(i)〜(iii)になる。
(i)成形して第1のイオン液体3を注入した後、液状のイオン伝導性物質5を間隙6に注入する。
(ii)第1のイオン液体3を注入して複合体1A、1Bを成形した後、液状のイオン伝導性物質5を間隙6に注入する。
(iii)第1のイオン液体3を注入した後、複合体1A、1Bを固体(粉末)のイオン伝導性物質5とともに成形することによって、イオン伝導性物質5を間隙6に注入する。
Summarizing the method of injecting the exemplified ion conductive material 5 into the gap 6, the following (i) to (iii) are obtained.
(I) After molding and injecting the first ionic liquid 3, a liquid ion conductive material 5 is injected into the gap 6.
(Ii) After the first ionic liquid 3 is injected to form the composites 1A and 1B, the liquid ion conductive material 5 is injected into the gap 6.
(Iii) After injecting the first ionic liquid 3, the composites 1A and 1B are molded together with the solid (powder) ion conductive material 5 to inject the ion conductive material 5 into the gap 6.

なお、上述した図9〜10の構造体1Cは、多孔性配位高分子のナノ粒子2が不規則に配列したものを例示しているが、ナノ粒子2は規則的に配列していてもよい。この点、集合体単独または集合体を含む場合にも同様である。また、構造体または複合体1Cの形状は、特に限定されず、例えば球形、立方体、直方体、正八面体、その他多面体、樹状、針状、ロッド状、板状など、所望の形状が採用される。   The structure 1C in FIGS. 9 to 10 described above is an example in which the porous coordination polymer nanoparticles 2 are irregularly arranged, but the nanoparticles 2 may be regularly arranged. Good. This also applies to the case of an aggregate alone or an aggregate. In addition, the shape of the structure or composite 1C is not particularly limited, and for example, a desired shape such as a sphere, a cube, a rectangular parallelepiped, a regular octahedron, another polyhedron, a tree shape, a needle shape, a rod shape, or a plate shape is adopted. .

さらに、複合体1B、1Cは、本発明の効果を阻害しない範囲で、例えばバインダなどの添加剤を含有していてもよい。   Furthermore, the composites 1B and 1C may contain an additive such as a binder, for example, as long as the effects of the present invention are not impaired.

上述した本発明の各実施態様に係る複合体1A〜1Cは、例えば電池やキャパシタなど電気化学デバイスの用途に使用することができる。このような電気化学デバイスは、各実施態様の複合体1A〜1Cを含む電解質層を、一対の電極間に配置し、外装体に封入することによって得られる。   The composites 1A to 1C according to the embodiments of the present invention described above can be used for electrochemical devices such as batteries and capacitors. Such an electrochemical device can be obtained by disposing an electrolyte layer including the composites 1A to 1C of each embodiment between a pair of electrodes and enclosing it in an exterior body.

電極としては、活物質を含有する電極、例えば金属酸化物、複合酸化物などの活物質の焼結体、活物質を導電剤とともに結着材で固めたもの、金属、炭素系材料などを用いればよい。電極と複合体1A〜1Cとは、電解液などを介して接触していてもよいが、直接接触させれば、電極と複合体1A〜1C内部のイオン液体(またはイオン伝導性物質)との間で直接イオンの授受が可能となるため好ましい。   As the electrode, an electrode containing an active material, for example, a sintered body of an active material such as a metal oxide or a composite oxide, a material in which an active material is solidified with a conductive agent, a metal, a carbon-based material, or the like is used. That's fine. The electrode and the composites 1A to 1C may be in contact with each other through an electrolytic solution or the like. However, if the electrodes and the composites 1A to 1C are in direct contact, the electrode and the ionic liquid (or ion conductive material) inside the composites 1A to 1C It is preferable because ions can be directly exchanged between them.

外装体としては、一般に用いられる形態、材料のものを用いればよいが、絶縁樹脂などで被覆するだけでも構わない。   As the exterior body, a generally used form and material may be used, but it may be simply covered with an insulating resin or the like.

各実施態様に係る複合体1A〜1Cにおけるイオン液体の融点が、イオン液体単体の融点よりも上昇する場合、複合体1A〜1Cは、イオン液体の吸収剤として液漏れ防止などの用途に使用することができる。一般的な多孔質吸収剤は、吸収したイオン液体が再度漏れ出る可能性がある。一方、特定の多孔性配位高分子を吸着剤として用い、各実施態様の複合体1A〜1Cを形成すると、吸収されたイオン液体はすぐに凝固するため、より確実にイオン液体の液漏れを防止することができる。   When the melting point of the ionic liquid in the composites 1A to 1C according to each embodiment is higher than the melting point of the ionic liquid alone, the composites 1A to 1C are used as an ionic liquid absorbent for applications such as liquid leakage prevention. be able to. With a general porous absorbent, the absorbed ionic liquid may leak again. On the other hand, when the specific porous coordination polymer is used as the adsorbent and the composites 1A to 1C of the respective embodiments are formed, the absorbed ionic liquid is immediately solidified. Can be prevented.

さらに、各実施態様に係る複合体1A〜1Cにおけるイオン液体の融点が、イオン液体単体の融点よりも上昇する場合、イオン液体中のリチウムイオンなどを濃縮することも可能である。   Furthermore, when the melting point of the ionic liquid in the composites 1A to 1C according to each embodiment is higher than the melting point of the ionic liquid alone, it is possible to concentrate lithium ions and the like in the ionic liquid.

例えば、Al−MIL−53とEMI−TFSIの複合体におけるEMI−TFSIの融点は56℃であり、EMI−TFSI単体の融点は−17℃である。リチウム塩を溶解したイオン液体の中に、Al−MIL−53粉末を入れて65℃程度を維持すると、Al−MIL−53の細孔内にリチウムイオンが入ったときのみ、細孔内のイオン液体が凝固する(リチウム塩を多量に溶解すると、イオン液体の融点は上昇するため)。したがって、Al−MIL−53の細孔内にリチウムイオン濃度が高められたイオン液体を充填することができる。   For example, the melting point of EMI-TFSI in a composite of Al-MIL-53 and EMI-TFSI is 56 ° C, and the melting point of EMI-TFSI alone is -17 ° C. When Al-MIL-53 powder is put into an ionic liquid in which lithium salt is dissolved and maintained at about 65 ° C., ions in the pores are only obtained when lithium ions enter the pores of Al-MIL-53. The liquid solidifies (because the melting point of the ionic liquid increases when a large amount of lithium salt is dissolved). Therefore, it is possible to fill the ionic liquid in which the lithium ion concentration is increased in the pores of Al-MIL-53.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1および比較例]
第1の細孔を有する絶縁性の多孔性配位高分子の結晶粒子として、市販のZIF−8(以下 ZIF−8−bulkと記載する。)、ならびに以下の方法で合成したZIF−8(以下 ZIF−8−nanoと記載する。)を用いた。これらは全て、直径2nm以下のマイクロ孔領域の第1の細孔を有する。
[Example 1 and Comparative Example]
As crystalline particles of an insulating porous coordination polymer having a first pore, commercially available ZIF-8 (hereinafter referred to as ZIF-8-bulk), and ZIF-8 ( This is hereinafter referred to as ZIF-8-nano). These all have first pores in the micropore region with a diameter of 2 nm or less.

<ZIF−8−bulk>
ZIF−8−bulkの粉末はメタノールで洗浄して乾燥を行い、第1の細孔内部に吸着した分子を除去した。X線回折(XRD)測定を行い、ZIF−8−bulkがZIF−8の結晶構造を有していることを確認した。また、シェラーの式より、ZIF−8−bulkの結晶子サイズ、すなわち一次粒子の平均粒径は200nmであることを確認した。
<ZIF-8-bulk>
The ZIF-8-bulk powder was washed with methanol and dried to remove molecules adsorbed inside the first pores. X-ray diffraction (XRD) measurement was performed, and it was confirmed that ZIF-8-bulk had a crystal structure of ZIF-8. From the Scherrer equation, it was confirmed that the crystallite size of ZIF-8-bulk, that is, the average particle size of primary particles was 200 nm.

<ZIF−8−nano>
有機配位子供給源としてH(MeIM)、金属イオン供給源としてZn(NO32・6H2O、および反応溶媒としてメタノールを用いた。75mLのメタノールに、14.8mmol(ミリモル)のH(MeIM)、29.6mmolのトリエチルアミンを溶かした溶液Aを作製した。また、75mLのメタノールに、3.7mmolのZn(NO32・6H2Oを溶かした溶液Bを作製した。溶液Bをマグネティックスターラーで撹拌しながら、溶液A全てを素早く注ぎ入れた。反応温度は、室温(23℃)にした。そのまま1時間撹拌をつづけ、ZIF−8−nano粒子を得た。次いで、遠心分離によりZIF−8−nano粒子を分離し、メタノールを用いて洗浄、遠心分離を行い室温で1時間乾燥させることにより、ZIF−8−nano粉末を得た。
<ZIF-8-nano>
H (MeIM) was used as the organic ligand source, Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O as the metal ion source, and methanol as the reaction solvent. A solution A was prepared by dissolving 14.8 mmol (mmol) of H (MeIM) and 29.6 mmol of triethylamine in 75 mL of methanol. Further, the methanol of 75 mL, to prepare a solution B obtained by dissolving Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O of 3.7 mmol. While solution B was stirred with a magnetic stirrer, all of solution A was poured quickly. The reaction temperature was room temperature (23 ° C.). Stirring was continued for 1 hour to obtain ZIF-8-nano particles. Next, ZIF-8-nano particles were separated by centrifugation, washed with methanol, centrifuged, and dried at room temperature for 1 hour to obtain ZIF-8-nano powder.

X線回折(XRD)測定を行い、ZIF−8−nanoがZIF−8の結晶構造を有していることを確認した。また、シェラーの式より、ZIF−8−nanoの結晶子サイズ、すなわち一次粒子の平均粒径は12nmであることを確認した。   X-ray diffraction (XRD) measurement was performed, and it was confirmed that ZIF-8-nano has a crystal structure of ZIF-8. From the Scherrer equation, it was confirmed that the crystallite size of ZIF-8-nano, that is, the average particle size of primary particles was 12 nm.

ZIF−8−bulk、ZIF−8−nanoのそれぞれの第1の細孔内に第1のイオン液体を注入した。具体的に説明すると、第1のイオン液体としては、イミダゾリウム塩である1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(以下、EMI−TFSIと記載する場合がある。)を用いた。   The first ionic liquid was injected into the first pores of ZIF-8-bulk and ZIF-8-nano. Specifically, as the first ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (hereinafter may be referred to as EMI-TFSI) which is an imidazolium salt. Using.

次いで、ZIF−8−bulk、ZIF−8−nanoをそれぞれ150℃で12時間真空乾燥処理を行い、第1の細孔内の吸着分子を除去した。アルゴンガスを満たした露点−20℃以下のグローブボックス内に多孔性配位高分子(ZIF−8−bulk、ZIF−8−nano)を持ち込んだ。多孔性配位高分子の粉末と第1のイオン液体とを混合し、アルゴンガス雰囲気下で200℃にて加熱処理を行った。加熱時間は25時間、75時間の二通りである。混合比率は、多孔性配位高分子の第1の細孔容積に対して、第1のイオン液体の体積占有率が0〜125%となるような任意の比率とした。なお、ZIF−8の細孔容積を0.64cm3/g、EMI−TFSIの密度を1.52g/cm3として計算した。 Next, ZIF-8-bulk and ZIF-8-nano were each vacuum dried at 150 ° C. for 12 hours to remove adsorbed molecules in the first pores. A porous coordination polymer (ZIF-8-bulk, ZIF-8-nano) was brought into a glove box having a dew point of −20 ° C. or less filled with argon gas. The porous coordination polymer powder and the first ionic liquid were mixed and heat-treated at 200 ° C. in an argon gas atmosphere. There are two heating times: 25 hours and 75 hours. The mixing ratio was an arbitrary ratio such that the volume occupancy of the first ionic liquid was 0 to 125% with respect to the first pore volume of the porous coordination polymer. The calculation was performed assuming that the pore volume of ZIF-8 was 0.64 cm 3 / g and the density of EMI-TFSI was 1.52 g / cm 3 .

75時間加熱処理した試料は、ZIF−8−bulk、ZIF−8−nanoいずれの場合も試料が黄色に変色した。なお、ZIF−8は白色粉末で、EMI−TFSIは無色透明の液体であり、加熱前の混合物は白色であった。この変色は、ZIF−8−bulk、ZIF−8−nanoがEMI−TFSIによって分解されたためと考えられる。   The sample heat-treated for 75 hours turned yellow in both cases of ZIF-8-bulk and ZIF-8-nano. ZIF-8 was a white powder, EMI-TFSI was a colorless and transparent liquid, and the mixture before heating was white. This discoloration is considered to be due to ZIF-8-bulk and ZIF-8-nano being decomposed by EMI-TFSI.

25時間加熱処理した試料は白色のままだった。またXRD測定を行ったところ、いずれもZIF−8の結晶構造に由来するXRDパターンが得られた。つまり、ZIF−8の結晶構造は25時間加熱処理後も保持されている。よって、25時間の熱処理ではZIF−8−bulk、ZIF−8−nanoは分解されず、結晶構造を保持している。
以上の結果より、以後、25時間加熱処理して作製した複合体について評価を進める。
The sample heat treated for 25 hours remained white. Further, when XRD measurement was performed, an XRD pattern derived from the crystal structure of ZIF-8 was obtained. That is, the crystal structure of ZIF-8 is retained after the heat treatment for 25 hours. Therefore, ZIF-8-bulk and ZIF-8-nano are not decomposed by the heat treatment for 25 hours, and the crystal structure is maintained.
Based on the above results, evaluation of composites produced by heat treatment for 25 hours will proceed.

得られた複合体の窒素ガス吸着測定結果を図11、12に示す。測定温度は77Kである。横軸は窒素ガスの圧力を窒素の77Kにおける飽和蒸気圧で規格化したものである。縦軸は吸着した窒素ガスの体積を、多孔性配位高分子の重量(第1のイオン液体の重量は含まない)で規格化したものである。   The results of nitrogen gas adsorption measurement of the obtained composite are shown in FIGS. The measurement temperature is 77K. The horizontal axis is the pressure of nitrogen gas normalized by the saturated vapor pressure of nitrogen at 77K. The vertical axis shows the volume of the adsorbed nitrogen gas normalized by the weight of the porous coordination polymer (not including the weight of the first ionic liquid).

図11によると、第1の細孔容積に対してEMI−TFSI充填率が0、25、50%と増加するにつれ、窒素ガス吸着量は連続的に減少している。すなわち、EMI−TFSIがZIF−8−nanoの第1の細孔内に取り込まれたことによって、第1の細孔内に窒素ガスを吸着できるスペースが減少していることを示している。   According to FIG. 11, as the EMI-TFSI filling rate increases to 0, 25, and 50% with respect to the first pore volume, the nitrogen gas adsorption amount continuously decreases. That is, it is shown that the space in which the nitrogen gas can be adsorbed in the first pore is reduced by the incorporation of EMI-TFSI into the first pore of ZIF-8-nano.

一方、図12によると、EMI−TFSI充填率が25%のときは、第1の細孔容積もおよそ25%減少している。しかし50%になるとほとんど窒素ガスを吸着できなくなる。この原因を、図2、3を用いて説明する。   On the other hand, according to FIG. 12, when the EMI-TFSI filling rate is 25%, the first pore volume is also reduced by about 25%. However, when it becomes 50%, it becomes almost impossible to adsorb nitrogen gas. The cause of this will be described with reference to FIGS.

図2に示すように、第1のイオン液体3が多孔性配位高分子の第1の細孔21中を拡散する速度は極めて遅いため、ZIF−8−bulkのような粗大粒子の場合、第1のイオン液体3は粒子の表面近傍にとどまっていると考えられる。それゆえ、充填率が25%のときは図2のように、第1のイオン液体3が存在しない空の第1の細孔21が表面近傍に多く残存している。そのため、窒素ガスは多孔性配位高分子の第1の細孔21へ自由にアクセスでき、第1の細孔21の容積は第1のイオン液体3の体積分だけ減少する。   As shown in FIG. 2, since the first ionic liquid 3 diffuses through the first pores 21 of the porous coordination polymer very slowly, in the case of coarse particles such as ZIF-8-bulk, It is considered that the first ionic liquid 3 remains in the vicinity of the particle surface. Therefore, when the filling rate is 25%, a large number of empty first pores 21 in which the first ionic liquid 3 does not exist remain in the vicinity of the surface as shown in FIG. Therefore, nitrogen gas can freely access the first pore 21 of the porous coordination polymer, and the volume of the first pore 21 is reduced by the volume of the first ionic liquid 3.

しかし、充填率50%になると、図3のように粒子の表面近傍の第1の細孔21が、全て第1のイオン液体3によって埋め尽くされてしまう。上述のとおり、第1のイオン液体3の拡散が遅いため、粒子内部には窒素ガスがアクセスできない、閉じた第1の細孔21が形成される。そのため、窒素ガスがほとんど吸着できなくなる。   However, when the filling rate is 50%, all the first pores 21 near the surface of the particles are completely filled with the first ionic liquid 3 as shown in FIG. As described above, since the diffusion of the first ionic liquid 3 is slow, closed first pores 21 in which nitrogen gas cannot be accessed are formed inside the particles. Therefore, nitrogen gas can hardly be adsorbed.

また、図11、12の低圧側に着目する。一般的にマイクロ孔への吸着は、0.1以下の低圧領域に現れる。EMI−TFSIの充填率0%の場合を比較すると、ZIF−8−bulkはガス圧力0.1における吸着量が380cm3/gだが、ZIF−8−nanoは344cm3/gと大きく減少している。 Also, pay attention to the low pressure side of FIGS. In general, adsorption to micropores appears in a low pressure region of 0.1 or less. Comparing the EMI-TFSI filling rate of 0%, ZIF-8-bulk has an adsorption amount of 380 cm 3 / g at a gas pressure of 0.1, but ZIF-8-nano greatly decreases to 344 cm 3 / g. Yes.

これは図4、6を用いて説明できる。ZIF−8−bulk粒子の表面は図6のようになっていると考えられる。金属イオン23と有機配位子24が規則的に配列した、平滑な表面である。一方、ZIF−8−nanoの表面は図4のようになっていると考えられる。表面の凹凸が多くなっているため、単位重量当たりの金属イオン23および有機配位子24が形成する第1の細孔21の量が少なくなる。よって、ZIF−8−nanoでは、図11のように、多孔性配位高分子の重量あたりのガス吸着量が減少する。   This can be explained with reference to FIGS. The surface of the ZIF-8-bulk particle is considered to be as shown in FIG. It is a smooth surface in which metal ions 23 and organic ligands 24 are regularly arranged. On the other hand, the surface of ZIF-8-nano is considered to be as shown in FIG. Since the surface unevenness is increased, the amount of the first pores 21 formed by the metal ions 23 and the organic ligands 24 per unit weight is reduced. Therefore, in ZIF-8-nano, the gas adsorption amount per weight of the porous coordination polymer decreases as shown in FIG.

また、図11によると、ZIF−8−nanoおよびこれをEMI−TFSIと複合化した試料は、相対圧力(P/P0)0.2〜0.95でも窒素ガスを吸着しており、吸着過程と脱離過程でヒステリシスが生じている。これはメソ孔を有する物質に特有の挙動である。すなわち、ZIF−8−nanoはメソ孔(第2の細孔)を有している。一方、図12に示したZIF−8−bulkはマイクロ孔のみ存在し、メソ孔が存在していないことがわかる。 In addition, according to FIG. 11, ZIF-8-nano and a sample obtained by combining this with EMI-TFSI adsorb nitrogen gas even at a relative pressure (P / P 0 ) of 0.2 to 0.95. Hysteresis occurs in the process and desorption process. This is a behavior peculiar to a substance having mesopores. That is, ZIF-8-nano has mesopores (second pores). On the other hand, it can be seen that the ZIF-8-bulk shown in FIG. 12 has only micropores and no mesopores.

TEM観察を行い、ZIF−8−nanoが、図8のように、ナノ粒子同士が結合した構造を有する集合体であることを確認した。ナノ粒子同士が結合したのは、ZIF−8−nano合成の際、2液を混合した後、1時間撹拌を続け、徐々に粒子同士を結合させたためと考えられる。   TEM observation was performed, and it was confirmed that ZIF-8-nano was an aggregate having a structure in which nanoparticles were bonded as shown in FIG. The reason why the nanoparticles were bonded together is thought to be that during the synthesis of ZIF-8-nano, the two liquids were mixed and then stirred for 1 hour to gradually bond the particles together.

得られた複合体および参考例であるEMI−TFSI単独の示差走査熱量分析(DSC)を図13、14に示す。温度範囲は−100〜200℃、加熱および冷却速度は5℃/分である。なお、100〜200℃においては全試料において一切のピークが観察されなかったため、図13、14では省略した。   FIGS. 13 and 14 show differential scanning calorimetry (DSC) of the obtained composite and EMI-TFSI as a reference example alone. The temperature range is −100 to 200 ° C., and the heating and cooling rates are 5 ° C./min. In addition, since no peak was observed in all samples at 100 to 200 ° C., it was omitted in FIGS.

図13に示したように、ZIF−8−nanoとEMI−TFSIの複合体は、充填率50〜100%において一切の吸熱・発熱ピークを示さない。すなわち、ZIF−8−nanoの第1の細孔に取り込まれたEMI−TFSIは、明確な融解・凝固を示さない。125%のときは微小な吸熱および発熱のピークが出現しているが、これは参考例であるEMI−TFSI単独の場合とほぼ同じ温度である。すなわち、充填率125%のときに出現しているピークは、第1の細孔内に入りきらず、ZIF−8−nano粒子外に残存しているEMI−TFSIの融解および凝固に由来すると考えられる。   As shown in FIG. 13, the composite of ZIF-8-nano and EMI-TFSI does not show any endothermic / exothermic peak at a filling rate of 50 to 100%. That is, EMI-TFSI taken into the first pores of ZIF-8-nano does not show clear melting and solidification. At 125%, minute endothermic and exothermic peaks appear, which are substantially the same temperature as in the case of EMI-TFSI alone as a reference example. That is, the peak appearing when the filling rate is 125% is considered to be derived from melting and solidification of EMI-TFSI remaining outside the ZIF-8-nano particles without completely entering the first pores. .

一方、図14に示したZIF−8−bulkとEMI−TFSIの複合体は、充填率25〜50%のときは吸熱・発熱ピークが出現しない。これは第1の細孔中にEMI−TFSIが取り込まれたことに起因する。しかし、充填率を100%に増やすと吸熱・発熱のピークが出現する。すなわち、ZIF−8−bulkは第1の細孔内に取り込むことのできるEMI−TFSIが、ZIF−8−nanoの場合よりも少ない。   On the other hand, in the composite of ZIF-8-bulk and EMI-TFSI shown in FIG. 14, no endothermic / exothermic peak appears when the filling rate is 25 to 50%. This is due to the incorporation of EMI-TFSI into the first pore. However, when the filling rate is increased to 100%, endothermic / exothermic peaks appear. That is, ZIF-8-bulk has less EMI-TFSI that can be taken into the first pore than ZIF-8-nano.

ZIF−8−bulkとEMI−TFSIの複合体のうち充填率50%のものは、DSCでピークが一切出現しないため、EMI−TFSIは全て第1の細孔内に取り込まれていると考えられる。なおかつ、窒素ガス吸着測定の結果より、EMI−TFSIはZIF−8−bulk粒子の表面近傍にとどまっていると考えられる。すなわち、図15のような状態にあると考えられる。図15中、100はZIF−8−bulkとEMI−TFSIの複合体、S1はEMI−TFSIが充填された領域、S2はEMI−TFSIが充填されていない領域をそれぞれ示す。   Among the composites of ZIF-8-bulk and EMI-TFSI, those with a filling rate of 50% do not appear any peaks in DSC, so it is considered that all EMI-TFSI is taken into the first pores. . Moreover, from the result of nitrogen gas adsorption measurement, it is considered that EMI-TFSI stays in the vicinity of the surface of ZIF-8-bulk particles. That is, it is considered that the state is as shown in FIG. In FIG. 15, 100 is a complex of ZIF-8-bulk and EMI-TFSI, S1 is a region filled with EMI-TFSI, and S2 is a region not filled with EMI-TFSI.

ZIF−8−bulkの一次粒子の平均粒径が200nmで、25時間でこの状態までEMI−TFSIが拡散したことから計算すると、EMI−TFSIの拡散速度はおよそ1nm/h(時間)と見積もられる。先述したように、複合化の際に加熱時間が長すぎると、ZIF−8が分解されてしまうので、加熱時間は25時間が限度である。よって、EMI−TFSIの拡散距離は25nmが限度のため、ZIF−8の一次粒子の平均粒径は50nm以下でなくてはならない。   When the average particle size of the primary particles of ZIF-8-bulk is 200 nm and EMI-TFSI diffuses to this state in 25 hours, the diffusion rate of EMI-TFSI is estimated to be approximately 1 nm / h (hour). . As described above, if the heating time is too long at the time of compounding, ZIF-8 is decomposed, so the heating time is limited to 25 hours. Therefore, since the diffusion distance of EMI-TFSI is limited to 25 nm, the average particle size of the primary particles of ZIF-8 must be 50 nm or less.

次に、試料のイオン伝導率を評価した。図16にZIF−8−nanoとEMI−TFSIの複合体のイオン伝導率の温度依存性を示す。充填率は50、75、100%である。試料をプレス成型してステンレス鋼(SUS)製の電極で挟み込み、乾燥アルゴンガス雰囲気下で交流インピーダンス法によってイオン伝導率を評価した。測定周波数は1Hz〜1MHzである。   Next, the ionic conductivity of the sample was evaluated. FIG. 16 shows the temperature dependence of the ionic conductivity of the complex of ZIF-8-nano and EMI-TFSI. The filling rate is 50, 75, 100%. The sample was press-molded and sandwiched between electrodes made of stainless steel (SUS), and the ionic conductivity was evaluated by an AC impedance method in a dry argon gas atmosphere. The measurement frequency is 1 Hz to 1 MHz.

また、参考例としてEMI−TFSI単独のイオン伝導率も評価した。SUS製の電極上にカプトン製のリング(内径3mm、厚さ0.1mm)を置き、リングの内側に1μLのEMI−TFSIを滴下し、もう一つのSUS製電極を上から挟み込んだ。乾燥アルゴンガス雰囲気下で交流インピーダンス法によってイオン伝導率を評価した。   As a reference example, the ionic conductivity of EMI-TFSI alone was also evaluated. A Kapton ring (inner diameter 3 mm, thickness 0.1 mm) was placed on the SUS electrode, 1 μL of EMI-TFSI was dropped inside the ring, and another SUS electrode was sandwiched from above. Ionic conductivity was evaluated by AC impedance method in a dry argon gas atmosphere.

図16から明らかなように、充填率が25%ずつ高くなるにつれ、イオン伝導率は2桁以上ずつ上昇した。イオン伝導率はキャリア量に比例するため、通常の系であれば、イオン伝導率は充填率に比例するはずである。この異常な伝導率向上効果は、以下のように説明できる。   As is clear from FIG. 16, the ionic conductivity increased by 2 digits or more as the filling rate increased by 25%. Since the ionic conductivity is proportional to the amount of carriers, in an ordinary system, the ionic conductivity should be proportional to the filling rate. This abnormal conductivity improvement effect can be explained as follows.

充填率が50%のように低い場合、第1の細孔内の第1のイオン液体のネットワークは頻繁に途切れてしまっている。ゆえに、イオン伝導率は極めて低くなる。一方、充填率を100%にまで高めると、第1のイオン液体のネットワークは途切れることなく第1の細孔内に広がるので、イオン伝導率は大幅に向上する。   When the filling rate is as low as 50%, the network of the first ionic liquid in the first pores is frequently interrupted. Therefore, the ionic conductivity is extremely low. On the other hand, when the filling rate is increased to 100%, the network of the first ionic liquid spreads in the first pores without interruption, so that the ionic conductivity is greatly improved.

ZIF−8−bulkでは充填率は50%が限度なので、このイオン伝導率向上はZIF−8を一次粒子の平均粒径が50nm以下にまでナノサイズ化したことによる効果である。   In ZIF-8-bulk, since the filling rate is limited to 50%, this improvement in ionic conductivity is an effect of making ZIF-8 nanosized to an average primary particle size of 50 nm or less.

参考例であるEMI−TFSI単独の場合は、低温においてイオン伝導率の急激な低下が見られた。EMI−TFSI単独の融点は−17℃のため、この急激な低下は、EMI−TFSIの凝固によるものと考えられる。一方、複合体の場合はイオン伝導率に不連続な変化が見られなかった。さらに、充填率100%の複合体は、低温においてEMI−TFSI単独の場合よりも高いイオン伝導率を示した。EMI−TFSI単独では凝固して、イオン伝導性を示さなくなるような低温であっても、複合体ではEMI−TFSIの明確な相転移が起こらず、常に液体状態を保っているためと考えられる。すなわち、ZIF−8のナノサイズ化によってEMI−TFSIの充填率を向上させた効果と、EMI−TFSIが常に液体状態を保っている効果の2つの相乗効果によって、複合体は低温においてEMI−TFSI単独の場合よりも高いイオン伝導率を示した。   In the case of EMI-TFSI alone as a reference example, a rapid decrease in ionic conductivity was observed at low temperatures. Since the melting point of EMI-TFSI alone is -17 ° C., this rapid decrease is considered to be due to solidification of EMI-TFSI. On the other hand, in the case of the composite, no discontinuous change was observed in the ionic conductivity. Furthermore, the composite with a filling rate of 100% showed higher ionic conductivity than EMI-TFSI alone at a low temperature. Even if the temperature is such that EMI-TFSI alone solidifies and does not exhibit ionic conductivity, the composite does not cause a clear phase transition of EMI-TFSI and is always kept in a liquid state. That is, the composite can be made EMI-TFSI at a low temperature by two synergistic effects, that is, the effect of improving the filling ratio of EMI-TFSI by nano-size ZIF-8 and the effect that EMI-TFSI always maintains a liquid state. It showed higher ionic conductivity than the single case.

[実施例2]
<プラスチッククリスタル相を示すイオン液体の場合>
イオン液体としてピロリジニウム塩であるN−エチル−N−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(以下、Py12TFSIと記載する。)を用いた場合の評価も行った。なお、Py12TFSIは室温でプラスチッククリスタル相を示す。Py12TFSI単独をプレス成型し、実施例1と同様にしてイオン伝導率を評価したところ、室温(23℃)で1×10-7S/cmだった。
[Example 2]
<In case of ionic liquid showing plastic crystal phase>
Evaluation was also performed when N-ethyl-N-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (hereinafter referred to as Py 12 TFSI), which is a pyrrolidinium salt, was used as the ionic liquid. Py 12 TFSI shows a plastic crystal phase at room temperature. When Py 12 TFSI alone was press-molded and the ionic conductivity was evaluated in the same manner as in Example 1, it was 1 × 10 −7 S / cm at room temperature (23 ° C.).

Py12TFSIをZIF−8−nanoと複合化した場合の評価も行った。充填率は100%で、複合化の手法はEMI−TFSIの場合と同じである。この複合体は室温(23℃)で8×10-7S/cmのイオン伝導率を示した。すなわち、ZIF−8−nanoと複合化すると、Py12TFSI単独の場合よりもイオン伝導度が向上した。 Evaluation was also performed when Py 12 TFSI was combined with ZIF-8-nano. The filling rate is 100%, and the composite method is the same as in the case of EMI-TFSI. This composite exhibited an ionic conductivity of 8 × 10 −7 S / cm at room temperature (23 ° C.). That is, when combined with ZIF-8-nano, the ionic conductivity was improved as compared with the case of Py 12 TFSI alone.

一方、ZIF−8−nanoとEMI−TFSIの複合体(充填率100%)のイオン伝導率は、室温(23℃)で4×10-7S/cmだった。また、EMI−TFSI単独のイオン伝導率は、文献(S. Seki et al., J. Phys. Chem. B, 2006, 110(21), 10228)によると2×10-2S/cmである。すなわち、ZIF−8−nanoと複合化すると、EMI−TFSI単独の場合よりも3桁近くイオン伝導率が低下した。 On the other hand, the ionic conductivity of the composite of ZIF-8-nano and EMI-TFSI (filling rate 100%) was 4 × 10 −7 S / cm at room temperature (23 ° C.). The ionic conductivity of EMI-TFSI alone is 2 × 10 −2 S / cm according to the literature (S. Seki et al., J. Phys. Chem. B, 2006, 110 (21), 10228). . That is, when combined with ZIF-8-nano, the ionic conductivity was reduced by almost three orders of magnitude compared to the case of EMI-TFSI alone.

以上の結果より、多孔性配位高分子ナノ粒子と、プラスチッククリスタル相を示すイオン液体を複合化することによって、高いイオン伝導性が得られた。   From the above results, high ionic conductivity was obtained by combining porous coordination polymer nanoparticles and an ionic liquid exhibiting a plastic crystal phase.

多孔性配位高分子ナノ粒子の第1の細孔中に、プラスチッククリスタル相を示すイオン液体を導入すると、第1の細孔中のイオン液体は、乱れた構造を有するプラスチッククリスタル相を形成する。すなわち欠陥が高密度に導入されるため、イオンのホッピング伝導が容易になる。加えて、多孔性配位高分子をナノ粒子化したことによって、イオン液体を高密度に充填できる。この2つの効果によって、プラスチッククリスタル相を示すイオン液体を多孔性配位高分子と複合化すると、イオン伝導性が高くなったと考えられる。   When an ionic liquid exhibiting a plastic crystal phase is introduced into the first pores of the porous coordination polymer nanoparticles, the ionic liquid in the first pores forms a plastic crystal phase having a disordered structure. . That is, since defects are introduced at a high density, ion hopping conduction is facilitated. In addition, since the porous coordination polymer is made into nanoparticles, the ionic liquid can be filled with high density. Due to these two effects, it is considered that when the ionic liquid showing the plastic crystal phase is combined with the porous coordination polymer, the ionic conductivity is increased.

[実施例3]
<有機溶媒を添加した場合>
ZIF−8−nanoとEMI−TFSIの複合体(充填率50%)を蓋の無い容器に入れ、同じくエチルカルビトールを蓋の無い容器に入れ、それらを同一の容器に入れて蓋を閉めて密閉した。この状態で12時間放置することによって、エチルカルビトールの蒸気を複合体に吸引させ、有機溶媒を含有する複合体を得た。
[Example 3]
<When an organic solvent is added>
Put the complex of ZIF-8-nano and EMI-TFSI (filling rate 50%) in a container without a lid, put ethyl carbitol in a container without a lid, put them in the same container and close the lid. Sealed. By leaving it in this state for 12 hours, vapor of ethyl carbitol was sucked into the composite to obtain a composite containing an organic solvent.

この複合体をプレス成型し、実施例1と同様にしてイオン伝導率を評価したところ、図17(a)の結果になった。エチルカルビトールと複合化する前のイオン伝導率は図17(b)である。すなわち、エチルカルビトールと複合化することによって、イオン伝導率を4桁程度上昇させることができた。   When this composite was press-molded and the ionic conductivity was evaluated in the same manner as in Example 1, the result shown in FIG. 17A was obtained. The ionic conductivity before complexing with ethyl carbitol is shown in FIG. That is, by combining with ethyl carbitol, the ionic conductivity could be increased by about 4 digits.

以上の結果より、複合体が有機溶媒を含有していてもよいことがわかる。有機溶媒がイオン液体に溶け込むことによって、イオン液体の解離度が向上し、イオン伝導性が向上する。これは、有機溶媒がイオン液体を構成するイオンに配位して溶媒和を形成し、カチオンとアニオンの解離を容易にしたためと考えられる。   From the above results, it can be seen that the composite may contain an organic solvent. When the organic solvent is dissolved in the ionic liquid, the degree of dissociation of the ionic liquid is improved, and the ionic conductivity is improved. This is presumably because the organic solvent coordinated with the ions constituting the ionic liquid to form a solvate and facilitated the dissociation of the cation and the anion.

[実施例4]
<リチウム塩を添加した場合>
イオン液体として、EMI−TFSIとリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(以下、LiTFSIと記載する場合がある。)を8:2のモル比で混合したもの(以下、(EMI0.8Li0.2)TFSIと記載する場合がある。)を用いた場合の評価も行った。(EMI0.8Li0.2)TFSI中のカチオンに占めるリチウムイオンの割合は、モル比で20%である。
[Example 4]
<When lithium salt is added>
As an ionic liquid, a mixture of EMI-TFSI and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (hereinafter sometimes referred to as LiTFSI) at a molar ratio of 8: 2 (hereinafter referred to as (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI) In some cases, evaluation was also performed. The ratio of lithium ions to cations in (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI is 20% in molar ratio.

ZIF−8の細孔容積を0.64cm3/g、(EMI0.8Li0.2)TFSIの密度を1.52g/cm3として、ZIF−8−nanoの第1の細孔容積に対して、第1のイオン液体の体積占有率が100%となるような比率とした。実施例1と同様にしてイオン伝導率を評価した。また、参考例として(EMI0.8Li0.2)TFSI単独のイオン伝導率も評価した。評価方法はEMI−TFSI単独の場合と同じである。 With respect to the first pore volume of ZIF-8-nano, the pore volume of ZIF-8 was 0.64 cm 3 / g and the density of (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI was 1.52 g / cm 3 . The ratio was such that the volume occupancy of one ionic liquid was 100%. The ionic conductivity was evaluated in the same manner as in Example 1. As a reference example, the ion conductivity of (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI alone was also evaluated. The evaluation method is the same as in the case of EMI-TFSI alone.

イオン伝導率の評価結果を図18に示す。参考例である(EMI0.8Li0.2)TFSI単独の場合は、低温においてイオン伝導率の急激な低下が見られた。(EMI0.8Li0.2)TFSI単独では−81℃でガラス転移を起こす。すなわち、イオン伝導率の急激な低下は、(EMI0.8Li0.2)TFSIのガラス化によるものと考えられる。一方、複合体のイオン伝導率は、低温においても急激な変化は見られなかった。複合体では(EMI0.8Li0.2)TFSIの明確な相転移が起こらず、常に液体状態を保っているためと考えられる。複合体は温度によるイオン伝導率の変化が小さいため、より幅広い温度域でイオン伝導体として用いることができる。 The evaluation results of ionic conductivity are shown in FIG. In the case of (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI alone, which is a reference example, a rapid decrease in ionic conductivity was observed at low temperatures. (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI alone causes a glass transition at −81 ° C. That is, the rapid decrease in ionic conductivity is thought to be due to vitrification of (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI. On the other hand, the ionic conductivity of the composite did not change rapidly even at low temperatures. This is probably because (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI does not have a clear phase transition in the composite and always maintains a liquid state. Since the composite has a small change in ionic conductivity due to temperature, it can be used as an ionic conductor in a wider temperature range.

さらに、パルス磁場勾配NMR測定によって、リチウムイオンの拡散係数を評価した。乾燥アルゴン雰囲気下にて試料をパイレックス(登録商標)ガラスに封入した。測定は磁場9.4T、周波数155.5MHzにて、7Li核を対象に行った。パルスシーケンスはstimulated−echoパルスシーケンス(例えばTanner, J. E., J. Chem. Phys. 1970, 52, 2523.を参照)を用いた。パルス磁場勾配の印加時間は1ミリ秒、2つのパルス磁場勾配の間隔は40ミリ秒である。 Further, the diffusion coefficient of lithium ions was evaluated by pulse magnetic field gradient NMR measurement. The sample was enclosed in Pyrex (registered trademark) glass under a dry argon atmosphere. The measurement was performed on 7 Li nuclei at a magnetic field of 9.4 T and a frequency of 155.5 MHz. The pulse sequence used was a stimulated-echo pulse sequence (see, for example, Tanner, JE, J. Chem. Phys. 1970, 52, 2523.). The application time of the pulse magnetic field gradient is 1 millisecond, and the interval between the two pulse magnetic field gradients is 40 milliseconds.

(EMI0.8Li0.2)TFSI単独の拡散係数は300℃において8.0×10-122/s、複合体は350℃において1.8×10-122/sであった。ZIF−8は直径12Åの細孔が、直径3Åの開口部で3次元的につながった構造を有している。リチウムイオンがこの細孔ネットワークに閉じ込められているにも関わらず、(EMI0.8Li0.2)TFSI単独と同オーダーの拡散係数を示したのは、リチウムイオンとアニオンとの相互作用がZIF−8の内壁との相互作用によって弱められ、リチウムイオンがアニオン間を跳び移るように移動できるようになったためと考えられる。さらに、リチウムイオンのサイズが小さいため、ZIF−8の細孔内をスムーズに移動できるためだと考えられる。 The diffusion coefficient of (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI alone was 8.0 × 10 −12 m 2 / s at 300 ° C., and the composite was 1.8 × 10 −12 m 2 / s at 350 ° C. ZIF-8 has a structure in which pores having a diameter of 12 mm are three-dimensionally connected through openings having a diameter of 3 mm. Despite the fact that lithium ions are confined in this pore network, the diffusion coefficient of the same order as (EMI 0.8 Li 0.2 ) TFSI alone is due to the interaction between lithium ions and anions of ZIF-8. This is thought to be because it was weakened by the interaction with the inner wall, and lithium ions could move so as to jump between the anions. Furthermore, since the size of lithium ions is small, it is considered that it can move smoothly in the pores of ZIF-8.

1A〜1C イオン伝導性複合体
2 多孔性配位高分子ナノ粒子
21 第1の細孔
22 凹凸
23 金属イオン
24 有機配位子
3 第1のイオン液体
4 第2の細孔
5 イオン伝導性物質
6 間隙
100 ZIF−8−bulkとEMI−TFSIの複合体
S1 EMI−TFSIが充填された領域
S2 EMI−TFSIが充填されていない領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A-1C Ion conductive composite 2 Porous coordination polymer nanoparticle 21 1st pore 22 Concavity and convexity 23 Metal ion 24 Organic ligand 3 1st ionic liquid 4 2nd pore 5 Ion conductive substance 6 Gap 100 ZIF-8-bulk and EMI-TFSI complex S1 Region filled with EMI-TFSI S2 Region not filled with EMI-TFSI

Claims (18)

一次粒子の平均粒径が50nm以下である多孔性配位高分子の結晶粒子と、
前記多孔性配位高分子が備える第1の細孔内に保持された第1のイオン液体とを有することを特徴とするイオン伝導性複合体。
Crystal particles of porous coordination polymer having an average primary particle size of 50 nm or less;
An ion conductive composite comprising: a first ionic liquid held in a first pore of the porous coordination polymer.
前記第1のイオン液体が、リチウムを含有することを特徴とする請求項1に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 1, wherein the first ionic liquid contains lithium. 前記第1のイオン液体が、プラスチッククリスタル相を示すことを特徴とする請求項1または2に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 1, wherein the first ionic liquid exhibits a plastic crystal phase. 前記第1の細孔内に、さらに有機溶媒を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 1, further comprising an organic solvent in the first pore. 前記結晶粒子の表面が、凹凸を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 1, wherein the surface of the crystal particles has irregularities. 複数の前記結晶粒子が、互いに隣接する前記結晶粒子同士が部分的に結合して前記結晶粒子間に設けられた第2の細孔を備える集合体を構成し、
前記第2の細孔の平均細孔径が、前記第1の細孔の平均細孔径よりも大きいことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。
A plurality of the crystal particles constitute an aggregate including second pores provided between the crystal particles by partially bonding the crystal particles adjacent to each other,
6. The ion conductive composite according to claim 1, wherein an average pore diameter of the second pore is larger than an average pore diameter of the first pore.
前記第1の細孔がマイクロ孔であり、前記第2の細孔がメソ孔であることを特徴とする請求項6に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 6, wherein the first pore is a micropore, and the second pore is a mesopore. 前記第2の細孔内に、前記第1のイオン液体を有していることを特徴とする請求項6または7に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 6, wherein the second ionic liquid is contained in the second pore. 前記第2の細孔内に、有機溶媒を含むことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to any one of claims 6 to 8, wherein an organic solvent is contained in the second pores. 前記第1の細孔内に、さらに有機溶媒を含むとともに、前記第2の細孔内に含まれる前記有機溶媒が、前記第1の細孔内に含まれる前記有機溶媒と同一であることを特徴とする請求項9に記載のイオン伝導性複合体。   An organic solvent is further contained in the first pore, and the organic solvent contained in the second pore is the same as the organic solvent contained in the first pore. The ion conductive composite according to claim 9, wherein 複数の前記結晶粒子により成形されているとともに、前記結晶粒子間に設けられた間隙を備える構造体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to any one of claims 1 to 5, wherein the ion conductive composite is a structure that is formed by a plurality of crystal grains and includes a gap provided between the crystal grains. 複数の前記結晶粒子および前記集合体のうち少なくとも一方により成形されているとともに、前記結晶粒子間および前記集合体間のうち少なくとも一方に設けられた間隙を備える構造体であることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The structure is formed by at least one of the plurality of crystal grains and the aggregate, and has a gap provided between at least one of the crystal grains and between the aggregates. Item 11. The ion conductive composite according to any one of Items 6 to 10. 前記構造体が、膜状またはシート状であることを特徴とする請求項11または12に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 11 or 12, wherein the structure is in the form of a film or a sheet. 前記構造体が、前記間隙内にイオン伝導性物質を有していることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 11, wherein the structure has an ion conductive material in the gap. 前記イオン伝導性物質が、第2のイオン液体を含むことを特徴とする請求項14に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 14, wherein the ion conductive material contains a second ionic liquid. 前記第2のイオン液体が、前記第1のイオン液体と同一であることを特徴とする請求項15に記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 15, wherein the second ionic liquid is the same as the first ionic liquid. 前記イオン伝導性物質が、有機溶媒を含むことを特徴とする請求項14〜16のいずれかに記載のイオン伝導性複合体。   The ion conductive composite according to claim 14, wherein the ion conductive material contains an organic solvent. 前記第1の細孔内および前記第2の細孔内のうち少なくとも一方が、有機溶媒を含むとともに、前記イオン伝導性物質に含まれる前記有機溶媒が、前記少なくとも一方に含まれる前記有機溶媒と同一であることを特徴とする請求項17に記載のイオン伝導性複合体。   At least one of the first pore and the second pore contains an organic solvent, and the organic solvent contained in the ion conductive material includes the organic solvent contained in the at least one The ion conductive composite according to claim 17, which is the same.
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