水素授受反応に立脚した高密度水素貯蔵を担うレドックス高分子の創出と機能開拓

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J21527
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 岡 弘樹 早稲田大学, 先進理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: 高分子化学

研究実績の概要

1. 高密度水素貯蔵を可能とする有機レドックスポリマーの創出
令和二年度では、高い質量水素密度を目指し、水素貯蔵を担うレドックス部位を窒素複素環式化合物に拡張し、キノキサリン置換高分子のゲルによる水素貯蔵を達成した（ACS Appl. Polym. Mater. 2020、Polym. Adv. Tech. 2021）。さらに、アルコール類についても発展し、2-プロパノール置換高分子の簡便合成とゲルによる水素貯蔵も達成した（Polym. J. 2021）。素早い脱水素反応を可能とする触媒について、京大・藤田らと共同し、最適化、ポリマーシートでの可逆な水素化、発生を初めて明らかにした（Eur. J. Org. Chem. 2020）。さらに、同ポリマーシートを用いて、山梨大とともに水素ボンベ不要のコンパクトな燃料電池を世界に先駆けて報告した（Commun. Chem. 2020）。
1. 有機レドックスポリマーでの高速な水素交換反応の解明とデバイスへの展開
プロトン関与の酸化還元能をもつキノン類に着目し、高密度に置換した高分子を新合成し、電気化学測定から高分子凝縮相での高速な水素（プロトン）授受反応を初めて明らかにした。典・Uppsala大での研究で、高分子での酸化還元に伴うプロトン移動を電荷輸送能と共役した過程とする解釈を得た（ChemSusChem 2020）。水素授受反応を最大限に活用し、 電極活物質として、高い出力・耐久性・環境適合性をもつ有機－空気（ChemSusChem 2020、ACS Appl. Energy Mater. 2020）や有機－マンガン二次電池（ChemElectroChem 2020）に展開している。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Uppsala Univerity(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Uppsala Univerity
• [雑誌論文] Synthesis of vinyl polymers substituted with 2-propanol and acetone and investigation of their reversible hydrogen storage capabilities (2021)
  • 著者名/発表者名: Oka Kouki、Tobita Yuka、Kataoka Miho、Murao Saki、Kobayashi Kazuki、Furukawa Shuhei、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41428-021-00475-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conducting Redox Polymer as a Robust Organic Electrode‐Active Material in Acidic Aqueous Electrolyte towards Polymer?Air Secondary Batteries (2020)
  • 著者名/発表者名: Oka Kouki、Strietzel Christian、Emanuelsson Rikard、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi、Str?mme Maria、Sj?din Martin
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 13 ページ: 2280～2285
  • DOI: 10.1002/cssc.202000627
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible Hydrogen Fixation and Release under Mild Conditions by Poly(vinylquinoxaline) (2020)
  • 著者名/発表者名: Oka Kouki、Kaiwa Yusuke、Furukawa Shuhei、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi
  • 雑誌名: ACS Applied Polymer Materials 巻: 2 ページ: 2756～2760
  • DOI: 10.1021/acsapm.0c00338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conducting Redox Polymer as Organic Anode Material for Polymer‐Manganese Secondary Batteries (2020)
  • 著者名/発表者名: Oka Kouki、L?fgren Rebecka、Emanuelsson Rikard、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi、Str?mme Maria、Sj?din Martin
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 7 ページ: 3336～3340
  • DOI: 10.1002/celc.202000711
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Polymer Sheet‐Based Hydrogen Carrier (2020)
  • 著者名/発表者名: Oka Kouki、Kaiwa Yusuke、Kataoka Miho、Fujita Ken‐ichi、Oyaizu Kenichi
  • 雑誌名: European Journal of Organic Chemistry 巻: 2020 ページ: 5876～5879
  • DOI: 10.1002/ejoc.202001004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rechargeable proton exchange membrane fuel cell containing an intrinsic hydrogen storage polymer (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyake Junpei、Ogawa Yasunari、Tanaka Toshiki、Ahn Jinju、Oka Kouki、Oyaizu Kenichi、Miyatake Kenji
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 3 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s42004-020-00384-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Charge- and Proton-Storage Capability of Naphthoquinone-Substituted Poly(allylamine) as Electrode-Active Material for Polymer?Air Secondary Batteries (2020)
  • 著者名/発表者名: Oka Kouki、Murao Saki、Kobayashi Kazuki、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi
  • 雑誌名: ACS Applied Energy Materials 巻: 3 ページ: 12019～12024
  • DOI: 10.1021/acsaem.0c02178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile reversible hydrogenation of a poly(6‐vinyl‐2,3‐dimethyl‐1,2,3,4‐tetrahydroquinoxaline) gel‐like solid (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaiwa Yusuke、Oka Kouki、Nishide Hiroyuki、Oyaizu Kenichi
  • 雑誌名: Polymers for Advanced Technologies 巻: 32 ページ: 1162～1167
  • DOI: 10.1002/pat.5163
  • 査読あり
• [学会発表] 水素授受反応に立脚した高密度水素貯蔵を担うレドックス高分子の創出と機能開拓 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡 弘樹
  • 学会等名: 令和2(2020)年度 育志賞研究発表会
  • 招待講演
• [学会発表] 水素貯蔵を可能とする高分子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡 弘樹
  • 学会等名: 第3回ハイドロジェノミクス研究会