2014 Fiscal Year Annual Research Report
プロトン伝導性固体電解質として機能する新規ポリ酸イオンの分子設計
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24550086
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
石川 英里 中部大学, 工学部, 准教授 (90323831)
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2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ポリ酸 / プロトン伝導 / 希土類金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶構造と合わせて1H-、31P-MAS NMR、FT-IR、粉末X線回析の測定結果を基にalpha-A Na3[PMo9O31(H2O)3・13H2O (PMo9)やepsilon-[PMo12O36(OH)4{La(H2O)4}4]Br5・16H2O (epsilon-PMo12La4) の伝導性はアニオン骨格に直接配位した水分子から脱離したH+ がキャリアとなり、結晶水とアニオン骨格の酸素原子で構成されるチャネル構造を介して伝導するプロトン伝導であると考察した。しかしいずれもアニオン骨格の熱安定性が悪くPMo9は75 ℃以上で水分子が外れてKeggin構造に変化し、epsilon-PMo12La4は50 ℃以上で水分子が配位したLaサイトが外れるために伝導性が低下した。より高温での電気伝導性の向上を目指してPMo9と epsilon-PMo12La4にLaCl3・7H2O（La）を固体状態で混合して電気伝導性を評価したところ、高温領域での伝導性が大きく向上した。質量比でポリ酸:La= 9:1で混合した場合に100 ℃でPM9は1.0×10-3 S・cm-1 (PM9のみでは6.2×10-6 S・cm-1) をepsilon-PMo12La4は3.3×10-4 S・cm-1 (epsilon-PMo12La4のみでは3.8×10-8 S・cm-1) を示した。TG-DTAの測定結果からポリ酸のみのサンプルでは40～50 ℃付近で脱離していた水が、Laが共存すると65～75 ℃付近まで保持されることが確認された。実際にLaが共存するとPM9とepsilon-PMo12La4のいずれも熱安定性が向上して100 ℃でもアニオン骨格が保持されていた。これよりLaはポリ酸への適度な水の供給源として機能することによってアニオン骨格の熱安定性を向上させて伝導性を高めたと考えた。Laとポリ酸の混合はポリ酸のみのサンプルの湿潤環境をコントロールして伝導性を向上させるよりも高い効果を示した。
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