2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of anhydrous purely organic super proton conductors
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26610096
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
森 初果 東京大学, 物性研究所, 教授 (00334342)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子性物質 / 無水プロトン伝導体 / 酸塩基共結晶 / グロッタス機構 / 水素結合ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代のクリーンなエネルギー社会へ向けて、水素から電気エネルギーを取り出す燃料電池に注目が集まっている。現在、この燃料電池のプロトン伝導の電解質として、液漏れがなく、環境調和型で、中温域に用いられる無水の有機固体プロトン電解質の研究が必要とされている。本課題では、（１）室温で0.01 Scm-1以上の無水の純有機プロトン伝導体を設計、合成し、（２）その結晶構造、プロトン伝導性より伝導機構を明らかにし、これまでに見出されていない分子性物質の良さを生かした（３）純有機無水の超プロトン伝導の開拓に挑戦することを目標としている。
そこで、本課題では、無水酸－塩基型純プロトン伝導体として、イミダゾール・ジカルボン酸の共結晶に注目した。イミダゾールとコハク酸(n=2)、グルタル酸(n=3)、ドデカニ酸(n=10)の共単結晶を作製し、その結晶構造を調べ、異方的なプロトン伝導度を測定した。そのグレイン領域を含まないバルクの本質的なプロトン伝導性と、結晶構造との対応の結果より、プロトン伝導性には、水素結合ネットワークが大きく寄与していること、その中でもイミダゾール分子のダイナミクスがプロトン伝導に生きるような酸ー塩基ー酸ー塩基ーの交互配列が重要であること、また、両者のpKa差が小さいほど伝導度が良いことが明らかとなった。この結果より、この系のプロトン伝導度が分子の配列とダイナミクスが特徴的なプロトン伝導体であることが見いだされた。本年度は、これらの結果を学術論文にまとめ、J.Phys.Chem.Cに受理された。
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