2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of solid proton conducting materials based on local structure analysis
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26286002
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
水野 元博 金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (70251915)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井田 朋智 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (30345607)
大橋 竜太郎 金沢大学, 物質化学系, 助教 (50533577)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プロトン伝導体 / 分子運動 / 水素結合 / 固体NMR / 高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，固体プロトン伝導物質の静的・動的局所構造を詳細に調べ，プロトン伝導メカニズムの解明を行う。得られた局所構造やプロトン伝導メカニズムの情報を基にした試料調整法により，結晶や高分子の高プロトン伝導性物質の開発を行う。
本研究で開発したジホスホン酸イミダゾリウム結晶においては，0℃以上で2つの固相間転移を示すことが明らかになった。高温からI，II，III相とする。I相ではプロトン伝導性が急激に向上し，120℃付近で10-4 S/cmのプロトン伝導率を示した。重水素NMR法により各相でのイミダゾリウムイオンの運動性を調べた。III相では等方回転運動を行っているイミダゾリウムイオンと静止状態のイミダゾリウムイオンが存在することが分かった。II相では等方回転運動を行っているイミダゾリウムイオンとフリップ運動をしているイミダゾリウムイオンが存在し，I相では等方回転運動を行っているイミダゾリウムイオンと面内回転をしているイミダゾリウムイオンが存在することが分かった。このような高温でのイミダゾリウムイオンの運動性の向上がプロトン伝導性の向上に関係していると考えられる。
高分子のプロトン伝導性物質については,ポリビニルホスホン酸（PVPA）とイミダゾールの複合体について，イミダゾールを過剰に加えたときのプロトン伝導性とイミダゾールの状態を調べた。PVPAのホスホン酸基に対するイミダゾールの割合が3以上になると，イミダゾールの集合体が形成されることがXRDや13C NMRにより確かめられた。集合体は70℃付近で融解した。融解温度以下では集合体中のイミダゾールの運動性は低くプロトン伝導の妨げになるが，融解温度以上ではプロトン伝導に関与することが分かった。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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