2010 Fiscal Year Annual Research Report
リン酸塩ガラスと有機分子の反応を利用した中温プロトン伝導体の作製
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22656154
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
春日 敏宏 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (30233729)
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| Keywords | 燃料電池 / ハイブリッド / プロトン伝導 / ナノ粒子 / 有機分子 / イミダゾール / ベンゾイミダゾール / プロトンダイナミクス |
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| Research Abstract |
イミダゾールとリン酸亜鉛ガラスの反応を利用し、200℃付近まで熱的に安定で、10^<-3>S/cm程度の電導度を示すハイブリッド材料(ZnP/Im)を作製した。しかし、粘稠性で自立膜として使用できず、また活性化エネルギー(～60kJ/mol)が大きい。そこで、キャリアー数の増加とそれに伴うプロトンドナーとしての役割を期待して、リン酸ジルコニウムナノ粒子の導入を試みた。溶融法により作製したZnO-P_2O_5ガラスを粉砕した粉末とイミダゾールとを混合して、130℃で熱処理してZnP/Imを作製した。一方、ZrOCl_2・8H_2Oへ正リン酸を滴下し攪拌しながらZnP/Imを混合し、50～160℃で熱処理した。一軸加圧成型により作製された試料は、柔軟性のある透明で均一な厚さ150μm程度の自立膜として得られた。X線回折から、リン酸ジルコニウム(α-Zr(HPO_4)_2・H_2O)ナノ結晶が生成しており、さらに、その層間域を示すピークが大きくシフトしていることがわかった。イミダゾール分子のインターカレーションが考えられる。
得られたハイブリッド材料において、160℃での電導度は3.6mS/cm、アレニウス式から求めた活性化エネルギーは16kJ/molであった。^<31>P MAS-NMRスペクトルでは、リン酸ジルコニウムに帰属されるピークが低磁場側へシフトしていたことから、イミダール分子がリン酸ジルコニウム表面のP-OH基と水素結合し、結果として、プロトネートされると推察された。また、^1H MAS-NMRスペクトルでは、OH基に帰属されるピークが低磁場側へシフトしていた。リン酸ジルコニウム結晶表面付近で、水素結合性が増し、プロトンキャリア数も増加していることが電導度向上と活性化エネルギー低下に寄与していると予想される。
さらに、より耐熱性の高いベンゾイミダゾール(BIm)を用いてクラスターを合成し、これとリン酸ジルコニウムを複合したハイブリッドを作製する方法も検討をはじめ、熱処理温度を最適化すれば合成可能である見込みを得た。今後は、この系を中心に検討していく。
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Research Products
(13 results)
