東京理科大學理學部第一部應用化學科講師貞清正彰和該校大學院理學研究科化學專業研究生吉田悠人（當時）等組成的研究團隊，與東京大學大學院理學研究科化學專業教授山田鐵、北海道大學觸媒科學研究所教授清水研一、助教鳥屋尾隆等合作，共同開發出了具有世界最高離子傳導率的新型固體鎂離子導體，在室溫下實施了10 -3S/cm2的離子傳導率，這是實際能作爲二次電池的電解質所必須的離子傳導率。
圖1.（左圖）在配位聚合體奈米孔中導入的鎂離子，在存在蒸汽客體分子的狀態下有效傳導，表現出了很高的離子傳導率。(右圖）離子傳導率取決於客體分子的類型，在存在最佳客體分子狀態下，在室溫下可以達到世界最高的1.9×10 -3S /cm2實用化傳導率 。(供圖:東京理科大學）
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MeCN =乙腈、
MeOH =甲醇、
EtOH =乙醇、
THF =四氫呋喃、
DEC =碳酸二乙酯、
PC =碳酸丙烯酯
傳導鎂離子的導體有望被應用於能夠以低成本儲存再生能源的下一代二次充電鎂離子池中。而另一方面，人們已知二價鎂離子在固體中，與單價離子相比，更不容易被傳導。研究團隊認爲把多孔材料的中孔作爲離子的傳導途徑，能夠更有效地傳導二價鎂離子，併爲此展開了研究。
研究團隊首先將其中含有離子載體（負責傳導的離子）的含鎂離子鹽Mg(TFSI) 2導入配位聚合體的奈米孔中，合成出了MIL-101⸧{Mg(TFSI) 2}2化合物。其中，X爲鎂離子導入量，分析結果發現，封裝在試樣奈米孔中的最大鎂離子量爲x=1.6。
此外，在對離子傳導率進行了的評估中，由於離子傳導率與傳導的離子濃度和移動率成正比，研究團隊分析了鎂離子爲最大含量x=1.6的試樣的離子傳導率。另外，當多孔性配位聚合體吸附外部蒸汽等客體分子時，其物理可用能特性會發生變化，因此在對試樣外部氛圍理想控制的狀態下測定了交流電阻抗，評估了在各種客體分子蒸汽存在的條件下的離子傳導率。結果發現，合成的試樣在室溫（25℃）和乙腈蒸汽條件下的離子傳導率爲1.9 x 10-3S/cm2，這是迄今爲止所報告的含鎂離子晶體固體中的最高離子傳導率。
爲了進一步闡明試樣中鎂離子高傳導率的機制，研究小組還對離子傳導率的壓力依存性和客體分子吸附特性進行了評估，同時還進行了紅外線光譜檢測。結果顯示，在乙腈蒸汽下，被吸附在配位聚合體孔中的客體分子——乙腈分子，透過與鎂離子的配位，形成了高移動性配位離子載體，這是產生鎂離子高傳導率的一個主要因素。
貞清講師表示：「我們最感興趣是找到能夠讓所有離子在固體中自由遷移的材料製作方法，並建立起基礎科學階層。在未來，我們希望創造出具有更高離子傳導率的物質，並闡明其機制。要想實施固體鎂離子二次電池，包括電極材料在内還有許多課題需要解決，儘管我們是在進行基礎研究，但將會以應用於實際的電池爲目標而推進研究。」
【詞注】
■配位聚合體:由金屬離子和橋接配體透過配位鍵整合的固體的總稱。
■離子淌度（移動率）:表示離子遷移性的指標。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Journal of the American Chemical Society
論文：Super Mg2+ Conductivity around 10–3 S cm–1 Observed in a Porous Metal–Organic Framework
DOI：10.1021/jacs.2c01612
