研究課題
基盤研究(A)
本研究は、イオン液体およびイオンゲルの基礎と機能化に関し、以下の3点に絞り研究を展開した。(1)イオン液体およびイオンゲル中のイオンダイナミックスの解明とイオン性の提案(2)非水条件下、100℃以上の温度域で安定なプロトン伝導性イオン液体の探索と燃料電池への展開(3)イオンと電子の両者が可動な混合伝導性イオン性液体とイオンゲルの創製と太陽電池への展開すなわちイオン液体とイオンゲルの導電機構を明らかにすると同時に、これにプロトン伝導性、混合伝導性といった機能を作り込む化学の開拓を目的とした。イオン液体のダイナッミクスを、導電率測定と磁場勾配NMR測定から検討した。その結果、イオン液体の「イオン性(自己解離度)」を定量、提案した。検討した全ての汎用イオン液体でこのイオン性は1を下回り、イオン液体中には電気伝導に寄与できないイオン(イオンクラスター)が存在することを示した。またこの値は、カチオンのルイス酸性、アニオンのルイス塩基性などに影響されることを明確に示した。(2)のプロトン伝導性イオン液体に関しては、イオン液体中のプロトン輸送、特にGrotthuss型の輸送を定量的に示し、また非水条件化のイオン液体1白金電極界面で水素酸化、酸素還元が起きることを世界で始めて明らかにした。さたに100種類近くの物質探索の結果、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルフォネートが従来見出していた物質より遥かに液体温度範囲が広く(T_m=-13℃)、熱安定性にも優れ、プロトン伝導性も高く、さらに酸素還元特性に優れることを見出した。また、(3)の電子輸送性イオン液体については、ポリアイオダイド間の電子輸送がイオン液体中でのみ起こることを発見した。さらに、イオン液体に液晶性を導入したときの効果、ナノ粒子を添加してゲル化させたときの効果を精査した。特にナノゲル化は固体化と電荷輸送速度の増大を共立させるという極めて興味深い結果を見出した。
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