2021 Fiscal Year Annual Research Report
カチオン性π電子系とπ電子系の複合化による新規機能性材料の創出
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20K15355
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田中 直樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (00844672)
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2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | カチオン性π電子系 / π-スタッキング / 自己集積化 / イオン伝導 / ポリマーマトリックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
π骨格中心に正電荷を有するπ拡張型ピリジニウムイオンは、カチオン性π電子系 (π+電子系) として、イオン性とπスタッキングに基づく自己集積能を有している。これにより、従来の塩添加に頼らないイオン伝導体の形成に加え、集積化によるイオンチャネルの構築に期待できる。またπ電子系との複合化により、π+-π相互作用に基づいた機能発現にも繋がる。本年度は、①π電子系とπ+電子系の複合化検討と、②ポリマーとπ+電子系の複合膜形成によるイオン伝導膜の開発を目的に研究を行なった。
π+-π電子系は、正電荷が空間的に非局在化した複合体として機能し、イオン伝導パスに有利に働くと期待できる。そこで拡張型ピリジニウムイオンとπ電子系との複合化を試みた。しかし濃度や溶媒条件など検討を重ねたが、各種分光分析から、π+-π複合体に由来する証拠を得られなかった。そこでポリマーとπ+電子系との相互作用に焦点を当て、Polymethyl methacrylate (PMMA)、 poly(ethylene oxide) (PEO) を用いて複合膜を作製し、イオン伝導度の評価を行なった。各ポリマーに対して異なる濃度のピリジニウムイオン塩を添加し、成膜したところ、全濃度において自立膜を得ることに成功した。膜のイオン伝導度測定から、PEO複合膜では、ピリジニウムイオン添加量の増加に従いイオン伝導度が単調増加したのに対して、PMMA複合膜では添加量が20wt%の際に、イオン伝導度が大きく向上することを見出した。分光分析の結果から、20wt%PMMA複合膜では膜中でピリジニウムイオンが集積体を形成しており、集積化に基づくイオン伝導度の上昇が示唆された。
本結果は、ポリマーと拡張型π+電子系との相溶性およびそのイオン伝導性の相関関係を明らかにした成果であり、この知見を基に新たなイオン伝導材料の開発に繋がると考えている。
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