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インターカレーションとは、分子（またはイオン）を層状構造を持つ層状物質に可逆的に封入または挿入することである。例としては、グラファイトや遷移金属二カルコゲニドが挙げられる。[1] [2]
カリウムのグラファイトへの挿入モデル
例
黒鉛
有名なインターカレーションホストの1つはグラファイトで、カリウムをゲストとしてインターカレーションします。[3]インターカレーションによりシート間のファンデルワールスギャップが拡大し、エネルギーが必要になります。通常、このエネルギーはゲストとホスト固体間の電荷移動、つまり酸化還元によって供給されます。2つのカリウムグラファイト化合物は、KC 8とKC 24です。フッ化炭素（例：(CF) xおよび(C 4 F)）は、フッ素とグラファイト炭素の反応によって生成されます。色は灰色がかった、白、または黄色です。炭素原子とフッ素原子間の結合は共有結合であるため、フッ素はインターカレーションされません。[説明が必要]このような材料は、さまざまなリチウム電池のカソードとして検討されてきました。
酸化剤の存在下でグラファイトを強酸で処理すると、グラファイトは酸化されます。硫酸と少量の硝酸またはクロム酸を使用して、この方法でグラファイト重硫酸塩 [C 24 ] + [HSO 4 ] −が製造されます。類似のグラファイト過塩素酸塩は、過塩素酸との反応によって同様に製造できます。[説明が必要]
リチウムイオン電池
2020 年代初頭までにインターカレーション プロセスが最も大きく多様な用途に使われるようになるのは、リチウムイオン 電気化学エネルギー貯蔵で、多くの携帯型電子機器、モビリティ デバイス、電気自動車、および実用規模のバッテリー電気貯蔵ステーションで使用されるバッテリーに使用されます。
2023年までに、市販されているすべてのリチウムイオン電池は活性物質としてインターカレーション化合物を使用し、そのほとんどは電池の物理的構造内のカソードとアノードの両方にそれを使用します。[4]
2012年にグッドイナフ、ヤザミ、吉野の3人の研究者がインターカレーション型リチウムイオン電池の開発により2012年IEEE環境安全技術賞を受賞し、その後グッドイナフ、ウィッティンガム、吉野の3人は「リチウムイオン電池の開発」により2019年のノーベル化学賞を受賞した。 [5]
角質除去
インターカレーションの極端な例は、物質の層が完全に分離することです。このプロセスは剥離と呼ばれます。通常、高極性溶媒と強力な試薬を含む強力な条件が必要です。[6]
関連資料
生化学において、インターカレーションとは、 DNAの塩基の間に分子を挿入することです。このプロセスはDNAを分析する方法として使用され、特定の種類の中毒の基礎にもなります。
クラスレートは、分子を捕捉または包含する 格子からなる化学物質です。通常、クラスレート化合物はポリマーであり、ゲスト分子を完全に包み込みます。包接化合物は分子であることが多いのに対し、クラスレートは通常ポリマーです。インターカレーション化合物は、クラスレート化合物とは異なり、3次元ではありません。[7] IUPACによると、クラスレートは「ゲスト分子がホスト分子またはホスト分子の格子によって形成されたケージ内にある包接化合物」です。[8]
参照
- クラスレート化合物：分子が格子内に含まれているもの
- グラファイト層間化合物
- インターカレーション（生化学）
- スタッキング（化学）
- 水素脆化
注記
- ^ スタンレー・M・ウィッティンガム（2012年12月2日）。インターカレーション化学。エルゼビア。ISBN 978-0-323-14040-9. 2016年5月18日閲覧。
- ^ W. Müller-Warmuth; R. Schöllhorn (2012 年 12 月 6 日)。インターカレーション研究の進歩。低次元構造を持つ材料の物理と化学 17。Springer Science & Business Media。ISBN 978-94-011-0890-4. 2016年5月18日閲覧。
- ^ Wiberg, E.; Holleman, AF; Wiberg, N.; Eagleson, M.; Brewer, W.; Aylett, BJ (2001). 無機化学. Academic Press. p. 794. ISBN 978-0-12-352651-9. 2021年3月12日閲覧。
- ^ 「アノードとカソードの違いは何ですか？」BioLogic 。 2023年5月25日閲覧。
- ^ “2019年ノーベル化学賞”. ノーベル財団. 2019年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年6月4日閲覧。
- ^ Nicolosi, V.; et al. (2013). 「層状物質の液体剥離」. Science . 340 (6139). doi :10.1126/science.1226419. hdl : 2262/69769 .
- ^ Atwood, JL (2012). 「包接化合物」.ウルマン工業化学百科事典. ワインハイム: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a14_119. ISBN 978-3-527-30385-4。
- ^ IUPAC、化学用語集、第 2 版 (「ゴールドブック」) (1997)。オンライン修正版: (2006–)「クラスレート」。doi :10.1351/goldbook.C01097