2004 Fiscal Year Annual Research Report
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16350033
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
北川 宏 九州大学, 大学院・理学研究院, 教授 (90234244)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山内 美穂 九州大学, 大学院・理学研究院, 助手 (10372749)
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| Keywords | 固体イオニクス / プロトン伝導 / 配位高分子 / 金属錯体 / 固体電解質 / プロトン共役レドックス / プロトニクス / 配位空間 |
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| Research Abstract |
ルベアン酸銅及びその誘導体R_2dtoaCu(R=-H,-C_2H_4OH,-C_3H_7,-C3H_6OH)の配位高分子では、配位子が酸-塩基性を示すことから高いプロトン伝導性が期待される。プロトン伝導性を調べるために、ガス圧・温度可変クライオスタットを用いてインピーダンス測定を行った。R=-C_3H_7を除く3種類の配位高分子は、著しい相対湿度依存性を示した。相対湿度上昇に伴い、プロトン伝導率は4〜5桁上昇し、ルベアン酸銅においては、RH=100%下で、極めて高いプロトン伝導率σ_p=10^<-2>Scm^<-1>を示し、固体高分子型燃料電池の固体電解質として実用化されているナフィオン膜の値に匹敵するものであった。プロトン伝導性と水の含有量の関連を調べる目的で、熱重量分析と示唆熱分析を行った。熱重量分析から、R=-C_3H_7の配位高分子以外は、相対湿度(RH)に応じて水分子を吸収・放出することがわかった。水分子が抜けるにもかかわらず、155℃まで粉末X線パターンが変化しないことから、配位高分子の骨格構造は保たれていることがわかった。したがって、プロトン伝導率の上昇は配位高分子中に含まれる水分子の量に依存しており、本配位高分子中で発現されるプロトン伝導性は少なくともポリマー中に含まれる水分子を媒介としていると考えられ、燃料電池の固体電解質であるナフィオンにおけるプロトン伝導の機構に類似しているものと推察される。他方、R=-C_3H_7の配位高分子は水分子を全く含有しないことがわかったが、氷と同程度のプロトン伝導性を示すことから、配位高分子の骨格構造自体にもプロトン伝導性があることが推測される。
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