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2023 年度 実績報告書

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
キーワード燃料電池 / プロトン伝導 / 三相界面 / ジャイロイド
研究実績の概要

温室効果ガスの排出削減を実現する上で、炭素に頼らないエネルギーシステムの開発は重要である。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。
当該科学研究費助成事業において、我々は、重合性の液晶を用いたジャイロイド構造膜を利用した三相界面の設計を着想した。ジャイロイド構造中における三次元極小界面をプロトンが、三次元ナノチャンネルを水素ガス(または酸素ガス)が通るような材料を開発することができれば三相界面の拡張に最適な高分子材料を生み出せるのではないかと着想した。様々な分子設計を進める中で、三次元極小界面をプロトンが界面ホッピング伝導で高速に伝導する材料を構築することができた。この設計を基に、三次元ナノチャンネルにアルカンを埋め込んだ状態で液晶分子を重合固定化し、アルカンを除去することで、水素ガス(または酸素ガス)の通り道を構築することを試みた。作製した材料は、確かに水素ガス透過性を示すことが分かったが、ガスの通り道であるナノ空隙は、材料の構造緩和に伴い閉じてしまうことを示唆するような結果も得られた。このような構造緩和を抑制する様々な方法論に挑戦した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [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: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/d4sc01211a

    • 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

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2024.1264337

    • 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 ページ: 2301197

    • DOI

      10.1002/adom.202301197

    • 査読あり
  • [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
  • [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
  • [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
  • [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
  • [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
    • 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
  • [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

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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