イオン伝導性高分子を電子移動反応場に用いた固体電気化学

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07215228
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 渡辺 正義 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (60158657)
• キーワード: イオン伝導性高分子 / 固体電気化学 / 高分子固体電解質 / 電子交換反応 / 電子ホッピング / フェロセン / フェノチアジン / グルコースオキシダーゼ

研究概要

電気化学系は、電子移動反応を通して、化学エネルギーと電気エネルギーの相互変換の場として、また化学情報と電気信号の相互変換の場として、人工系そして生体系で重要な役割を担っている。この電気化学系を構築するためには電子移動反応場を提供するイオン伝導性の媒体が必要であり、これまで水あるいは有機溶媒等の液体溶液が用いられてきた。しかし近年、固体状態でイオンを高速にかつ選択的に伝導できる高分子の研究が進み、この状況は、急速に変化してきている。本研究は、電子移動反応の場にイオン伝導性高分子を用い、この中に溶解あるいは修飾したレドックス錯体間の、電子移動反応の特徴を明らかにすること、およびこの電子移動反応を酵素センサーの高分子メディエーターとして活用することを目的に進められた。
イオン伝導性高分子を用いた電気化学において最も特徴的な点は、被反応種であるレドックス錯体の拡散係数が著しく小さい点であり、レドックス錯体を高分子鎖に修飾して固定化した場合には、その物理的拡散は無視できる。この様に、物理的拡散が著しく抑制された状況では、電気化学反応における電荷輸送過程での均一電子移動反応の重要性が増大する。また、電子移動媒体である高分子は、温度変化や電解質濃度変化によって、そのダイナミックスを大きく変化させる。今年度は、新しいイオン伝導性高分子の開発を図ると同時に、イオン伝導性高分子中にフェロセン、フェノチアジンなどのレドックス錯体を共重合による化学修飾によって導入し、錯体間の均一電子移動反応におよぼす、錯体の濃度、錯体の自己電子交換速度定数(k)、電解質濃度および温度変化によって誘起される高分子鎖のダイナミックス変化の影響を明らかにした。さらに、このフェロセン共重合体が、グルコースオキシダーゼを用いた酵素センサーの高分子メディエーターとして機能し、さらにフェロセンサイト間の迅速な電子移動反応が起きるために、極めて高感度な応答を与えることを見い出した。

研究成果

• [文献書誌] H.Nagasaka,M.Watanabe: "Electron Transfer Reaction between Fixed Redox Sites in Ion/Electron Mixed Conducting Polymers" Synthetic Metals. 69. 557-558 (1995)
• [文献書誌] H.Nagasaka,M.Watanabe: "Strutural Effects of Redox Active Sites on Electron Hopping Rate in Mixed Conducting Copolymers" Polym. Adv. Tech. 6. 190-196 (1995)
• [文献書誌] M.Watanabe,S.Yamada,N.Ogata: "Ionic Conductivity of Polymer Electrolytes Containing Room Temperature Molten Salts Based on Pyridinium Halide and Aluminium Chloride" Electrochim. Acta. 40. 2285-2288 (1995)
• [文献書誌] M.Watanabe,A.Nishimoto: "Effects of Network Structures and Incorporated Salt Species on Electrochemical Properties of Polyether-based Polymer Electrolytes" Solid State Ionics. 79. 306-312 (1995)
• [文献書誌] M.Watanabe,H.Nagasaka: "Redox Activity of Vinylferrocene Copolymers by Electron Hopping Reaction in the Absence of Fluid Solvents" J. Phys. Chem. 99. 12294-12300 (1995)
• [文献書誌] H.Nagasaka,T.Saito,M.Watanabe: "Preparation of Novel Redox Copolymers and Their Use as Polymeric Mediators in Amperometric Glucose Sensors" Denki Kagaku. 63. 1088-1094 (1995)
• [文献書誌] 渡辺正義(共著): "光・電子機能有機材料ハンドブック" 朝倉書店, 12(749) (1995)
• [文献書誌] 渡辺正義(共著): "情報科学用有機材料第142委員会 第4期研究報告書" 日本学術振興会, 6(413) (1995)