东京理科大学理学部第一部应用化学科讲师贞清正彰和该校大学院理学研究科化学专业研究生吉田悠人（当时）等组成的研究团队，与东京大学大学院理学研究科化学专业教授山田铁、北海道大学触媒科学研究所教授清水研一、助教鸟屋尾隆等合作，共同开发出了具有世界最高离子传导率的新型固体镁离子导体，在室温下实现了10 -3S/cm2的离子传导率，这是实际能作为二次电池的电解质所必须的离子传导率。
图1.（左图）在配位聚合物纳米孔中导入的镁离子，在存在蒸汽客体分子的状态下有效传导，表现出了很高的离子传导率。(右图）离子传导率取决于客体分子的类型，在存在最佳客体分子状态下，在室温下可以达到世界最高的1.9×10 -3S /cm2实用化传导率 。(供图:东京理科大学）
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MeCN =乙腈、
MeOH =甲醇、
EtOH =乙醇、
THF =四氢呋喃、
DEC =碳酸二乙酯、
PC =碳酸丙烯酯
传导镁离子的导体有望被应用于能够以低成本储存再生能源的下一代二次充电镁离子池中。而另一方面，人们已知二价镁离子在固体中，与单价离子相比，更不容易被传导。研究团队认为把多孔材料的细孔作为离子的传导途径，能够更有效地传导二价镁离子，并为此展开了研究。
研究团队首先将其中含有离子载体（负责传导的离子）的含镁离子盐Mg(TFSI) 2导入配位聚合物的纳米孔中，合成出了MIL-101⸧{Mg(TFSI) 2}2化合物。其中，X为镁离子导入量，分析结果发现，封装在试样纳米孔中的最大镁离子量为x=1.6。
此外，在对离子传导率进行了的评估中，由于离子传导率与传导的离子浓度和迁移率成正比，研究团队分析了镁离子为最大含量x=1.6的试样的离子传导率。另外，当多孔性配位聚合物吸附外部蒸汽等客体分子时，其物理特性会发生变化，因此在对试样外部氛围完全控制的状态下测定了交流阻抗，评估了在各种客体分子蒸汽存在的条件下的离子传导率。结果发现，合成的试样在室温（25℃）和乙腈蒸汽条件下的离子传导率为1.9 x 10-3S/cm2，这是迄今为止所报告的含镁离子晶体固体中的最高离子传导率。
为了进一步阐明试样中镁离子高传导率的机制，研究小组还对离子传导率的压力依存性和客体分子吸附特性进行了评估，同时还进行了红外光谱检测。结果显示，在乙腈蒸汽下，被吸附在配位聚合物孔隙中的客体分子——乙腈分子，通过与镁离子的配位，形成了高迁移性配位离子载体，这是产生镁离子高传导率的一个主要因素。
贞清讲师表示：“我们最感兴趣是找到能够让所有离子在固体中自由迁移的材料制作方法，并建立起基础科学体系。在未来，我们希望创造出具有更高离子传导率的物质，并阐明其机制。要想实现固体镁离子二次电池，包括电极材料在内还有许多课题需要解决，尽管我们是在进行基础研究，但将会以应用于实际的电池为目标而推进研究。”
【词注】
■配位聚合物:由金属离子和桥接配体通过配位键集成的固体的总称。
■离子淌度（迁移率）:表示离子迁移性的指标。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Journal of the American Chemical Society
论文：Super Mg2+ Conductivity around 10–3 S cm–1 Observed in a Porous Metal–Organic Framework
DOI：10.1021/jacs.2c01612
