イオン液体を溶媒とする新規高強度イオンゲルの開発と二酸化炭素分離膜への展開研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24750066
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤井 健太 東京大学, 物性研究所, 助教 (20432883)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: イオン液体 / イオンゲル / 二酸化炭素分離膜 / 二酸化炭素吸収

研究概要

本研究では、（１）多分岐高分子を用いた高強度イオンゲルの開発、（２）そのイオンゲルを二酸化炭素吸収および分離材料として応用することを大きな目的とした。
（１）に関して、４分岐ポリエチレングリコール（Tetra-PEG）を高分子として、典型的な非水系イオン液体中におけるゲル化反応を（高分子反応末端の）酸塩基反応およびゲル化の反応速度論の観点から調べた。この成果を基に、イオンゲルのゲル化時間、反応率、力学強度といったゲル特性を溶液反応論の立場で制御する方法を確立した。（２）に関して、（１）の知見に基づき作成したTetra-PEGイオンゲル膜を二酸化炭素分離膜として応用した。

研究成果

• [雑誌論文] Kinetic Aspect on Gelation Mechanism of Tetra-PEG Hydrogel (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nishi, K. Fujii, Y. Katsumoto, T. Sakai, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 47 ページ: 3274-3281
  • DOI: 10.1021/ma500662j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-angle Neutron Scattering Study on Defect-Controlled Polymer Networks (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nishi, H. Asai, K. Fujii, Y.-S. Han, T.-H. Kim, T. Sakai, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 47 ページ: 1801-1809
  • DOI: 10.1021/ma402590n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acid-base Property of Protic Ionic Liquid, 1-Alkylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfon yl)amide Studied by Potentiometric Titration (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto, K. Fujii, and M. Shibayama
  • 雑誌名: J. Mol. Liquids 巻: 188 ページ: 143-147
  • DOI: 10.1016/j.molliq.2013.08.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusual Li^+ Ion Solvation Structure in Bis(fluorosulfonyl)amide Based Ionic Liquid (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, H. Hamano, H. Doi, X. Song, S. Tsuzuki, K. Hayamizu, S. Seki, Y. Kameda, K. Dokko, M. Watanabe, and Y. Umebayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 19314-19324
  • DOI: 10.1021/jp4053264
  • 査読あり
• [雑誌論文] SANS and DLS Study of Tacticity Effects on Hydrophobicity and Phase Separation of Poly(N-isopropylacrylamide) (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishi, T. Hiroi, K. Hashimoto, K. Fujii, Y.-S. Han, T.-H Kim., Y. Katsumoto, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 46 ページ: 6225-6232
  • DOI: 10.1021/ma401349v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Brønsted Basicity of Solute Butylamine in an Aprotic Ionic Liquid Investigated by Potentiometric Titration (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, K. Hashimoto, T. Sakai, Y. Umebayashi, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 42 ページ: 1250-1251
  • DOI: 10.1246/cl.120537
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-angle Neutron Scattering Study on Aggregation of 1-Alkyl-3-methylimidazolium-based Ionic Liquids in Aqueous Solution (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kusano, K. Fujii, M. Tabata, and M. Shibayama
  • 雑誌名: J. Solution Chem. 巻: 42 ページ: 1888-1901
  • DOI: 10.1007/s10953-013-0080-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collective dynamics of room-temperature ionic liquids and their Li ion solutions studied by high-resolution inelastic X-ray scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, M. Shibayama, T. Yamaguchi, K. Yoshida, T. Yamaguchi, S. Seki, H. Uchiyama, A. Q. R. Baron, and Y. Umebayashi
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 138 ページ: 151101
  • DOI: 10.1063/1.4802768
• [雑誌論文] High-performance Ion Gel with Tetra-PEG Network (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, H. Asai, T. Ueki, M. Sakai, U. Chung, M. Watanabe, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 1756-1759
  • DOI: 10.1039/c2sm07119c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic Study for AB-type Coupling Reaction of Tetra-arm Polymers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nishi, K. Fujii, M. Chijiishi, Y. Katsumoto, U. Chung, T. Sakai, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 ページ: 1031-1036
  • DOI: 10.1021/ma202386k
  • 査読あり
• [学会発表] イオン液体を溶媒とする機能性電解質溶液の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学(特1K05)
  • 年月日: 20140329-31
• [学会発表] イオン液体中における多分岐高分子ゲル化反応の反応速度論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 橋本慧, 藤井健太, 西健吾, 柴山充弘
  • 学会等名: 第4回イオン液体討論会
  • 発表場所: 慶應義塾大学(1O02)
  • 年月日: 20131120-21
• [学会発表] イオン液体中で特有な溶媒和の構造化学と新規ソフトマター材料開発への展開研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太
  • 学会等名: 第36回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学(AW1)
  • 年月日: 20131009-11
• [学会発表] Solvation Structure of Poly(ethylene glycol) in 1-ethyl-3-methylimidazolium-based Ionic Liquids (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, H. Asai, Y. Umebayashi, and M. Shibayama
  • 学会等名: 33rd International Conference on Solution Chemistry
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20130707-12
• [学会発表] Tetra-PEGイオンゲルおよびハイドロゲルのゲル化反応とその反応速度論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太, 西健吾, 橋本慧, 酒井崇匡, 柴山充弘
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学(D1012)
  • 年月日: 20130518-19
• [学会発表] イオン液体中における多分岐高分子,Tetra-PEGのゲル化反応と酸塩基反応に基づく反応時間制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 橋本慧, 西健吾, 藤井健太, 柴山充弘
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学(A1015)
  • 年月日: 20130518-19
• [学会発表] プロトン性および非プロトン性イオン液体中のイオン間水素結合 (2013)
  • 著者名/発表者名: 土井寛之, 宋雪旦, 浜野洋志, 藤井健太, 神崎亮, 亀田恭男, 梅林泰宏
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学(D1019)
  • 年月日: 20130518-19
• [学会発表] イオン液体中におけるpoly(benzyl methacryate)の溶媒和構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太, 上木岳士, 北沢侑造, 渡邉正義, 柴山充弘
  • 学会等名: 第3回イオン液体討論会
  • 発表場所: 那覇(O2-10)
  • 年月日: 20121207-08
• [学会発表] イオン液体中におけるメタクリル酸エステル系中分子および高分子の溶存状態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤井健太, 上木岳士, 松上優, 渡邉正義, 柴山充弘
  • 学会等名: 第35回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 早稲田大学(O19)
  • 年月日: 20121112-14
• [学会発表] Preparation and Structural Characterization of High-Strength Ion Gels (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Shibayama, H. Asai, and K. Fujii
  • 学会等名: Macro2012
  • 発表場所: Virginia Tech in Blacksburg, Virginia, USA
  • 年月日: 20120624-29