カチオン性π電子系とπ電子系の複合化による新規機能性材料の創出

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15355
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分35030:有機機能材料関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 田中 直樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (00844672)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: カチオン性π電子系 / ピリジニウムイオン / πスタッキング / 自己集積化 / イオン伝導性 / ポリマーマトリックス

研究成果の概要

本研究では、カチオン性π電子系(π+)に着目し、π共役系が拡張したピリジニウムイオンの高い平面性と正電荷の非局在化に基づく自己集積能を活用した新規イオン伝導体の開発を目指した。長鎖アルキル基を導入したピリジニウムイオンは、溶液および固体中で自己集積可能であることから、イオンチャネルとしての利用を検討した。そこで種々のポリマーマトリックス中に異なる濃度のピリジニウム塩を添加した複合膜を作製し、そのイオン伝導度を評価した。ピリジニウムイオンの集積化が確認された複合膜では、イオン伝導度の急激な上昇が観測され、集積体がイオンチャネルとして機能し、イオン伝導に有利に働くことを見出した。

自由記述の分野

有機化学、高分子化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年イオン伝導材料は、燃料電池における交換膜や熱電発電における電解質など発電デバイスの観点から重要な役割を果たしており、その高性能化が求められている。このような観点から、本研究で達成したカチオン性π電子系の集積化によるイオン伝導度の増加は、イオン伝導材料開発における設計指針を提供するものであり、高い社会的意義を兼ね備えている。一方で、ピリジニウムイオンの集積化を土台として、さらなる応用展開にも期待できる。例えばピリジニウムイオンのレドックス特性を生かした電子-イオン混合伝導体の開発など、機能性イオン伝導材料に発展できることから、高い学術的意義も兼ね備えていると言える。