| 研究課題/領域番号 |
20K05649
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
田原 弘宣 長崎大学, 工学研究科, 助教 (80631407)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | エレクトロクロミズム / 酸化還元活性イオン液体 / ビオロゲン型イオン液体 |
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| 研究実績の概要 |
エレクトロクロミック(EC)物質は、酸化還元反応によって色が変わる物質として、光化学的あるいは電気化学的な酸化還元反応を分光学的に定量追跡する用途に用いられる。セルを構成すれば電圧印加で色を変えることが出来るため、ディスプレイ材料としての用途も期待されている。我々はこれまでに、EC物質であるビオロゲン型イオン液体(VILs)と酸化還元補償物質としてフェロセン型イオン液体を用いて、高い着色効率でサイクル耐久性が1万回以上のECデバイスを実現した。これは、VILsの高い粘度による酸素の拡散を抑制(水中の酸素の拡散係数に比べて少なくとも1000倍小さい)してフェロセンの分解速度を遅くする効果によるものと推察される。さらに、着色/消色プロセスが拡散律速であることが申請者の研究で明らかになっており、VILsの粘度が高いことで、電源を喪失しても表示が消滅しないメモリー性にも優れていることが分かった。
本研究では上記のイオン液体の優れた性質を生かすため、ビオロゲン型イオン液体や別種類のEC特性を有するイオン液体を活用して、①高い着色効率、②高いサイクル特性、③電源をOFFにしても表示が持続する、3つの観点で優れたECデバイスの実現を目指す。①について、着色を担う物質としてカソード材料であるEC特性を有するイオン液体の他にアノード材料も着色を担わせることで実現が可能である。また、③についてはアノード物質とカソード物質を互いに混合させないことで実現可能である。本年度は③の実現のために、実験条件の検討を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は、ECデバイスの着色のメモリー性の大幅な上々を狙って、酸化還元活性伝導性高分子(ポリチオフェン誘導体)をアノード物質として、ビオロゲン型イオン液(無色から紫色のEC物質)やピリジルピリジニウム型イオン液体(無色から赤色のEC物質)などのECイオン液体をカソード物質としたECデバイスを試作した。
まずアノードの準備として、ポリチオフェン誘導体は電解重合でITO透明電極上へ修飾した。電解重合成膜の条件検討を行い、膜厚や膜のモルフォロジーの再現性の良い成膜条件を見いだすことができた。修飾したその上にECイオン液体を塗布し、もう1つのITO電極でサンドイッチさせることでデバイスを組んだ。ECデバイスの評価として、2電極式のサイクリックボルタンメトリー(CV)とクロノアンペロメトリーを行った。ビオロゲン型ECイオン液体と組み合わせた場合、薄い青色(ポリチオフェン誘導体に由来)から濃い青色(ビオロゲンの還元体に由来)への着色が確認された。また、着色後のデバイスの開回路状態において１時間ほど着色が持続した。しかし、数回の酸化還元サイクルでデバイスの着色が見られなくなった。これは、酸化還元によってポリチオフェン誘導体がビオロゲン型ECイオン液体へ溶解したためであると考察している。ECイオン液体としてピリジルピリジニウム型ECイオン液体を用いた場合、ECデバイスの通電で薄い青色から強い青色へ呈した。本来はピリジルピリジニウムの還元体の赤色を期待していたが、吸収スペクトルを解析すると、ビオロゲンに特有の吸収バンドが確認された。これはECデバイスの動作中にポリチオフェン誘導体の酸化体とピリジルピリジニウムが付加反応によってビオロゲンへ変換され、ビオロゲンの還元体がECデバイス中で発生していると思われる。このECデバイスの青色着色は開回路状態で1日以上持続することが分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
着色メモリー性の観点で本年度の取り組みは、我々がこれまでにECイオン液体を用いて試作したECデバイスの着色メモリー性に勝る結果を得たが、サイクル特性という意味でははるかに劣る結果となった。また、赤色を期待していたピリジルピリジニウムを用いたECデバイスが青色を呈し、長時間のメモリー性を有するという思いがけない結果を得ることができたので、次年度は(a)赤色ではなく青色となる原因、(b)ビオロゲン型ECイオン液体と比べて長時間の着色状態の維持の機構、の2点について解析を進める予定である。さらに、酸化状態においてECイオン液体と似た光吸収帯を有する分子性の有機半導体や導電性高分子を用いたECデバイスを試作し、着色効率の大幅な向上を狙う。具体的には、カソードのECイオン液体の青色や赤紫色への着色と、アノードのフェノチアジンやカルバゾールあるいはポリアニリンの修飾電極の青色や緑色の重ね合わせによって、単位電気量あたりの吸光度増加の高効率化を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は、予定していた成果発表旅費(14万円程度)がかからなかったため、イオン液体合成に必要なガラス器具類の購入に充てた。成果発表のための電気化学会年会(オンライン)の学会参加登録費(11,000円)を本予算から支出することとし、以外は大きな予定変更がなく、ほぼ計画通り予算支出ができた。余剰金472円は使い切らず、次年度に繰り越すこととした。
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