自己組織化元素ブロック高分子の構築と無加湿プロトン伝導膜への展開

• Project Area: Creation of Element-Block Polymer Materials
• Project/Area Number: 25102505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 松井 淳 山形大学, 理学部, 准教授 (50361184)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: ハイブリッド / 自己組織化 / プロトン伝導 / ハイブリッド材料

Outline of Annual Research Achievements

シルセスキオキサンを無機部位とした両親媒性ハイブリッド材料を作製するために、疎水性のかご形シルセスキオキサン(POSS)の一片に親水性かつフレキシブルなジエチレングリコール鎖を導入した材料を設計し合成した。さらにジエチレングリコール鎖の末端の水酸基とエチルイミダゾールとを縮合することで水素結合部位となるカルバメート基を導入し、自己組織化が開始する駆動力となることを期待した。具体的には不完全縮合型のイソブチルトリシラノールPOSSを出発物質とし、トリクロロシランとの反応によりかご形構造を形成した後に、ジエチレングリコールを導入し末端にイミダゾールを導入したものである(POSS-IM)。POSSはその直径が1nm程度と非常に大きいため、これまでは高分子鎖を親水部位として導入した例がほとんどであったが、我々はジエチレングリコールのような短い親水鎖を用いても両親媒性POSSを合成できることを見いだした。POSS-IMをメタノールに分散させTEMグリッド状で乾燥させるとシート状に、一方ジクロロエタンに分散させた場合はリボン状に自己組織化することが分かった。またTHF/エタノール/水の混合液においてはベシクルを形成することがわかった。このように、溶媒を選択することでPOSS-IMが自己組織化による多様な形態に構造化することがわかった。続いてイミダゾール基の特徴を応用する目的として、薄膜のプロトン伝導度測定を行ったところ、加湿下において10-4 S/cmの伝導度を示し、イミダゾール部位がプロトン伝導部位として働くことが示された。この両親媒性ハイブリッド材料は分解温度が200度以上の耐熱性を示すため、耐熱性プロトン伝導膜として利用することが可能である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A Trilayer Film Approach to Multicolor Electrochromism (2014)
  • Author(s): J. Matsui, R. Kikuchi, T. Miyashita,
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Issue: 3 Pages: 842-845
  • DOI: 10.1021/ja4107786
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ferroelectricity of poly(vinylidene fluoride) homopolymer Langmuir-Blodgett nanofilms (2014)
  • Author(s): Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 2 Issue: 33 Pages: 6727-6731
  • DOI: 10.1039/c4tc00600c
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 階層化高分子組織体を用いた電子機能材料 (2014)
  • Author(s): 松井淳
  • Journal Title: 日本ゴム協会誌 Volume: 87 Pages: 219-225
  • NAID: 130004796096
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Charge Traping in the Hybrid Polymer Bilayer Film Prepared by Layer-by-Layer Technique (2015)
  • Author(s): 北條健太,小野健太, 石崎学, 金井塚勝彦, 栗原正人, 松井淳
  • Organizer: Advanced Next Generation Energy Leadership (ANGEL Project, R2601) 2014 Kick-Off Symposium
  • Place of Presentation: Faculty of Engineering, Yamagata University, Japan
  • Year and Date: 2015-01-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 交互積層法を用いたハイブリッド薄膜による電子移動制御 (2014)
  • Author(s): 北條健太, 松井淳, 三ツ石方也
  • Organizer: 第14回多元物質科学研究所研究発表会
  • Place of Presentation: 東北大学桜ホール
  • Year and Date: 2014-12-05
• [Presentation] 高分子ナノ組織体によるイオニクス材料の創製 (2014)
  • Author(s): 松井淳
  • Organizer: 超分子創製化学セミナー（第52回）
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2014-11-25
  • Invited
• [Presentation] 交互積層法を用いたハイブリッドナノ薄膜の作製とその電気化学挙動 (2014)
  • Author(s): 北條健太, 松井淳
  • Organizer: 錯体化学若手の会 北海道・東北支部 第6回勉強会
  • Place of Presentation: 東北大学桜ホール
  • Year and Date: 2014-11-15
• [Presentation] ダブルデッカー型シルセスキオキサンを用いたハイブリッドイオン伝導材料 (2014)
  • Author(s): 武田美沙希, 松井淳, 三ツ石方也, 宮下徳治
  • Organizer: 2014 高分子学会東北支部研究発表会
  • Place of Presentation: 日本大学工学部
  • Year and Date: 2014-11-14
• [Presentation] ダブルデッカー型シルセスキオキサンからなるハイブリッドイオニクス材料 (2014)
  • Author(s): 武田美沙希, 松井淳, 三ツ石方也
  • Organizer: 第4回CSJ化学フェスタ2014-日本化学会秋季事業-
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2014-10-14
• [Presentation] 元素ブロックポリマーの階層化によるイオニック材料の創製 (2014)
  • Author(s): 松井淳
  • Organizer: 無機高分子研究会
  • Place of Presentation: 日本ゼオン一碧壮
  • Year and Date: 2014-10-03
  • Invited
• [Presentation] ダブルデッカー型シルセスキオキサンを用いたハイブリッドイオニクス材料 (2014)
  • Author(s): 武田美沙希, 松井淳, 三ツ石方也
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] かご形シルセスキオキサンを基盤とした元素ブロックイオニックポリマー (2014)
  • Author(s): 松井 淳、武田美沙希、小川貴裕、三ツ石方也、宮下徳治
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] かご形シルセスキオキサンを用いたハイブリッドイオン伝導材料 (2014)
  • Author(s): 武田美沙希, 松井淳, 三ツ石方也
  • Organizer: 第63回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2014-05-28