2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high proton-conductive materials based on optimum molecular motion space construction
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19H02554
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
水野 元博 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (70251915)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 史之 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (20432122)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プロトン伝導体 / 分子運動 / 固体NMR / 有機結晶 / 高分子複合体 / メソポーラスシリカ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，固体中の分子の運動が関与したプロトン伝導プロセスに着目し，プロトン伝導に最適な分子運動の空間を構築することで，高プロトン伝導性固体材料の開発を目指す。プロトン伝導性結晶，プロトン伝導性高分子，多孔質材料を用いたプロトン伝導体について開発と物質内部の構造・分子運動解析を行った。
プロトン伝導性結晶については，ジカルボン酸やジホスホン酸とイミダゾールからなる結晶を調製し，X線結晶構造解析と固体NMRを用いて水素結合ネットワークの構造や分子運動を解析した。これらの結果を基に，結晶中のプロトン伝導の経路やイミダゾールの回転的振動が関与したプロトン伝導メカニズムを明らかにした。プロトン伝導性高分子の開発については，高分子にプロトンキャリアとしてイミダゾールやトリアゾールを導入した複合体膜のプロトン伝導性と熱安定性を調べた。母体となる高分子の柔軟性の向上がプロトンキャリア分子の運動性を高め，プロトン伝導性が向上することを見出した。しかしながら，膜の柔軟性には取込まれたプロトンキャリア分子も影響し，柔軟性が高すぎると高温で膜としての自立性が保てず，100 ℃以上での使用ができなかった。この問題を解決するためには，複数の高分子の適切な複合化による膜の柔軟性とプロトンキャリア分子の運動性のコントロールが有効であることが分かった。
多孔質材料を用いたプロトン伝導体については，メソポーラスシリカを用い，細孔内部の表面をホスホン酸基を有する分子（2-(ジエトキシホスホリル)エチルトリエトキシシラン(PETES)）で化学修飾し，細孔内にプロトンキャリアとしてイミダゾールやトリアゾールを導入した。得られた試料の細孔内の局所構造や分子運動は固体NMRを用いて解析した。プロトンキャリアとホスホン酸の導入量やプロトンキャリアの運動性がプロトン伝導性にどのように影響するかを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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