Development of new functional materials by combining cationic pi-electron systems with pi-electron systems

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15355
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Tanaka Naoki 九州大学, 工学研究院, 助教 (00844672)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: カチオン性π電子系 / ピリジニウムイオン / πスタッキング / 自己集積化 / イオン伝導性 / ポリマーマトリックス

Outline of Final Research Achievements

Fused heterocyclic compounds with a delocalized positive charge are expected as the π-stacked building blocks for self-assembled anion transporter. Among them, we focused on the expanded fused-pyridinium salts that formed the self-assembled structure due to their strong π stacking. Since the expanded fused-pyridinium ion with a long-chain alkyl group was observed to self-assemble in solution and the solid-state, we aimed to develop a new ion conductor by using it as ion channels. Therefore, we prepared composite films with different concentrations of the pyridinium salts in various polymers and evaluated their ion conductivities. In composite films with assembled pyridinium ions, the ionic conductivity was enhanced, indicating that the assembled structure acted as ion channels.

Free Research Field

有機化学、高分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年イオン伝導材料は、燃料電池における交換膜や熱電発電における電解質など発電デバイスの観点から重要な役割を果たしており、その高性能化が求められている。このような観点から、本研究で達成したカチオン性π電子系の集積化によるイオン伝導度の増加は、イオン伝導材料開発における設計指針を提供するものであり、高い社会的意義を兼ね備えている。一方で、ピリジニウムイオンの集積化を土台として、さらなる応用展開にも期待できる。例えばピリジニウムイオンのレドックス特性を生かした電子-イオン混合伝導体の開発など、機能性イオン伝導材料に発展できることから、高い学術的意義も兼ね備えていると言える。