• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

三相界面の次元拡張を実現するジャイロイド構造膜の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21H02010
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分35030:有機機能材料関連
研究機関東京農工大学

研究代表者

一川 尚広  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80598798)

研究分担者 廣田 雄一朗  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60632437)
渡辺 豪  北里大学, 未来工学部, 教授 (80547076)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
キーワード燃料電池 / 三相界面 / プロトン伝導 / ジャイロイド / 液晶 / イオン液体
研究開始時の研究の概要

本研究では、双連続キュービック液晶が形成する三次元連続性を持った立方周期ナノ構造(ジャイロイド構造)の利用に着目した。このナノ構造を利用して、『三次元の連続性を有する燃料ガス輸送チャンネル』と『三次元の連続性を有するプロトン伝導界面』を同一立方格子内に創る革新的技術を開発し、燃料ガス輸送相と電解質輸送相を同一の擬似一次相内に融合することを目指す。更に、電極上の白金触媒表面をこのような擬似一次相で覆うことで、白金ナノ粒子の表面全体を反応活性点に変換する方法論を開発し、燃料電池デバイスの革新を目指す。

研究成果の概要

水素社会を構築する上で、水素をエネルギーに変換する燃料電池デバイスは鍵となるテクノロジーである。優れた燃料電池を創成するためには、燃料電池の部材である電極・電解質・セパレータ・触媒などの個々の設計も重要であるが、それらの部材の『接合』を制御することも極めて重要である。特に、『燃料相/電解質相/触媒相の三相の全てが接する界面(三相界面)』は反応活性点として機能する点であり、この三相界面を如何に多量に系中に作り出すかは発電効率に強く関与する因子である。本研究において我々は、特異な三次元構造であるジャイロイド構造を利用して、この三相界面を拡大する材料の創成に挑戦した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

三相界面をこのような設計で拡大しようとする試みは世界的にも類を見ず、極めて独創的である。この研究が成功すれば、燃料電池の触媒であり希少金属であるプラチナの必要量を大幅に減少させることができ、水素社会の構築に強く貢献する技術として期待できる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Sheffield University(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Surface proton hopping conduction mechanism dominant polymer electrolytes created by self-assembly of bicontinuous cubic liquid crystals2024

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa Takahiro、Yamada Takeshi、Aoki Nanami、Maehara Yuki、Suda Kaori、Kobayashi Tsubasa
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: - 号: 19 ページ: 7034-7040

    • DOI

      10.1039/d4sc01211a

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Control of phase transition temperature of thermoresponsive poly(ionic liquid) gels and application to a water purification system using these gels with polydopamine2024

    • 著者名/発表者名
      Takumi Takahashi, Takahiro Yoshida, Masaki Tanaka, Takahiro Ichikawa, Hiroyuki Ohno, Nobuhumi Nakamura
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 337 ページ: 126433-126433

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermally Reversible On‐Off Switching of Aggregation‐Induced Emission via LCST Phase Transition of Ionic Liquids in Water2023

    • 著者名/発表者名
      Iwasawa Hironobu、Uchida Daisuke、Hara Yoichi、Tanaka Masaki、Nakamura Nobuhumi、Ohno Hiroyuki、Ichikawa Takahiro
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 11 号: 20 ページ: 2301197-2301197

    • DOI

      10.1002/adom.202301197

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular design of a series of gemini-type zwitterionic amphiphiles with various linker lengths: control of their self-organisation for developing gyroid nanostructured proton conductive membranes2022

    • 著者名/発表者名
      Oshiro Hikaru、Kobayashi Tsubasa、Ichikawa Takahiro
    • 雑誌名

      Molecular Systems Design & Engineering

      巻: 7 号: 11 ページ: 1459-1466

    • DOI

      10.1039/d2me00069e

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chromonic Ionic Liquid Crystals Forming Nematic and Hexagonal Columnar Phases2022

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa Takahiro、Kuwana Mei、Suda Kaori
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 12 号: 11 ページ: 1548-1548

    • DOI

      10.3390/cryst12111548

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gyroid‐Nanostructured All‐Solid Polymer Films Combining High H+ Conductivity with Low H2 Permeability2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Tsubasa、Li Ya‐xin、Hirota Yuichiro、Maekawa Asako、Nishiyama Norikazu、Zeng Xiang‐bing、Ichikawa Takahiro
    • 雑誌名

      Macromolecular Rapid Communications

      巻: - 号: 12 ページ: 210115-210115

    • DOI

      10.1002/marc.202100115

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] LCST型相転移により凝集誘起発光を示すイオン液体の開発とその相転移温度の制御2023

    • 著者名/発表者名
      原洋一・内田大輔・田中正樹・中村暢文・大野弘幸・一川尚広
    • 学会等名
      第13回イオン液体討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ナノ構造分離膜の創成に向けた自己組織化能を有するイオン液体の設計2023

    • 著者名/発表者名
      山口沙緒里・一川尚広
    • 学会等名
      第13回イオン液体討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] プロトン伝導性ジャイロイド構造膜の改良に向けた両親媒性Zwitterionの分子改良2023

    • 著者名/発表者名
      濱川 京太郎・須田 佳央里・一川 尚広
    • 学会等名
      第13回イオン液体討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ジャイロイド構造を有する高分子膜中におけるプロトン伝導度の酸濃度依存性2023

    • 著者名/発表者名
      須田佳央理・青木七海・前原佑紀・一川尚広・山田武
    • 学会等名
      第13回CSJ化学フェスタ2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Gyroid Nanostructured Polymer Electrolytes Having a 3D Continuous Proton Conduction Pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Ichikawa
    • 学会等名
      ICPAC BALI 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gyroid nanostructured polymer electrolyte membranes with a 3D continuous proton conduction pathway: conduction mechanism and new functions2023

    • 著者名/発表者名
      T. Ichikawa, T. Yamada, Y. Hirota, N. Aoki, Y. Maehara, K. Suda, X. Zeng
    • 学会等名
      ICOM 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Creation of Gyroid Nanostructured Polymer Electrolytes Having a 3D Continuous Proton Conduction Pathway: Conduction Mechanism and New Functions2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Ichikawa, Takeshi Yamada, Yuichiro Hirota, Xiang-bing Zeng
    • 学会等名
      The 17th Pacific Polymer Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Double-Gyroid Nanostructure Formation by Aggregation-Induced Atropisomerization and Co-Assembly of Ionic Liquid-Crystalline Amphiphiles2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Ichikawa, Soki Obara, Nanami Uemura, Go Watanabe and Xiangbing Zeng
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ジャイロイド極小界面を用いた 三次元プロトン伝導パスの創成2021

    • 著者名/発表者名
      一川尚広
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 液晶分子設計とその構築原理 ~構造解析から最新の機能展開~2021

    • 著者名/発表者名
      一川尚広
    • 学会等名
      第6回有機結晶プレシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 三次元プロトン伝導性界面を有する ジャイロイド構造膜の創成2021

    • 著者名/発表者名
      一川尚広
    • 学会等名
      第31回MRS-J年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of molecular design principle of gemini amphiphilic zwitterions forming bicontinuous cubic liquid-crystalline phases2021

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Oshiro and Takahiro Ichikawa
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New design of bicontinuous cubic liquid crystals based on atropisomarization2021

    • 著者名/発表者名
      Soki OBARA・XiangbingZENG・Go WATANABE・Takahiro ICHIKAWA
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New design of a liquid-crystalline monomer for creating a gyroid nanostructured soft membrane with a 3D continuous proton conduction pathway2021

    • 著者名/発表者名
      Misato Takeyama, and Takahiro Ichikawa
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of liquid-crystalline molecules for creating gyroid nanostructured soft membranes2021

    • 著者名/発表者名
      Asako Maekawa, and Takahiro Ichikawa
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重合性カラムナー液晶を利用した柱状高分子の合成手法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      岩澤広将・小林翼・一川尚広
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 三次元H+伝導界面を持つソフトなジャイロイド構造膜の創成:液晶性zwitterionモノマーの設計と改良2021

    • 著者名/発表者名
      竹山実里・大城光・前川愛沙子・小林翼・一川尚広
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 円盤状モノマーの自己組織化を利用した柱状高分子合成の開発2021

    • 著者名/発表者名
      岩澤広将・一川尚広
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Design of Liquid-Crystalline Monomers and Investigation of Polymerization Conditions for the Development of Cylindrical Polymer Synthetic Method2021

    • 著者名/発表者名
      岩澤広将・一川尚広
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 特殊な『元素』に頼らず、分子の『配列』を活かして水素イオンを高速で伝導する高分子膜を開発!

    • URL

      https://www.tuat.ac.jp/outline/disclosure/pressrelease/2024/20240426_01.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 東京農工大学 一川研究室

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~ichikawa/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi