2014 Fiscal Year Annual Research Report
液晶の自己組織化を活用する無水プロトン伝導体の創製
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25708013
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉尾 正史 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60345098)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | カラムナー液晶 / 双連続キュービック液晶 / ナノ相分離 / プロトン伝導 / 燃料電池 / 双性イオン / 光配向 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、液晶の自己組織性を活用して連続したナノイオンチャンネル構造を有する無水プロトン伝導体を構築することであり、そのために精密な分子デザイン、ナノ相分離構造の制御およびマクロスコピックスケールでのチャンネル構造の配向制御を行う。
光配向性を有するイオン伝導性液晶の創製：光応答性アゾベンゼン基を導入したイミダゾリウム型液晶を設計・合成した。この分子は、単独でサーモトロピック液晶性を示し、ネマチック相およびスメクチックA相を発現した。スメクチック液晶相で紫外光を照射し、アゾベンゼン部位をトランス体からシス体へ異性化させると等方性液体状態となった。さらに直線偏光の可視光を照射してトランス体へと異性化させると基板上で水平一軸配向したスメクチック液晶相のモノドメインを形成させることができた。櫛形金電極を蒸着したガラス基板上で同様に液晶を光配向させ、交流インピーダンス法により、スメクチック液晶の層に平行および垂直方向のイオン伝導度を測定した。約10倍の伝導度の異方性が得られた。本研究では、イオン伝導パスを形成する液晶材料の光配向を達成し、異方的イオン伝導を実証することに成功した。
双性イオン構造を有する液晶性イオン伝導体の構築：イミダゾリウムスルホベタインおよびイミダゾリウムジシアノエテノレート部位を有する扇型分子を合成した。これらは、サーモトロピックカラムナー液晶相および双連続キュービック液晶相を発現した。双性イオンは多様な極性分子やイオン種と相互作用することが期待されたため、ベンゼンスルホン酸・リチウム塩・環状カーボネートなどとの複合化を行った。その結果、双性イオン構造に依存して、発現する液晶相やイオン伝導性が大きく変化することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
イオン伝導パスを形成するスメクチック液晶材料の非接触光配向に初めて成功し、異方的イオン伝導を達成した。また、イミダゾリウムスルホベタインなどの双性イオン構造を有する分子において、目的としたカラムナー液晶相および双連続キュービック液晶相を発現させることに成功し、プロトン源としてのスルホン酸やリチウム塩との複合化によりイオン伝導体を構築することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
光重合性部位を有する双性イオン構造を持つ液晶分子およびヘテロポリ酸との複合体において光架橋高分子フィルムを作製し、プロトン伝導性および燃料電池発電効率の評価に関する研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
プロトン伝導性液晶高分子膜の燃料電池性能評価のための電子負荷装置を購入することを予定していたが、燃料電池に精通している共同研究者との議論の結果、膜の力学強度およびガス遮断性を十分に評価した後に材料に最適な測定治具を有する測定機器を購入した方が効率よく研究が進むと考えたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
プロトン伝導性液晶高分子膜の熱物性評価のための示差走査熱量計および発電効率の評価のための電子負荷装置の購入に充当する予定である。
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