| 研究課題/領域番号 |
25410102
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 名城大学 |
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研究代表者 |
永田 央 名城大学, 理工学部, 教授 (40231485)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 人工光合成 / 電子伝達 / キノン |
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| 研究概要 |
適切な性質を持った電子伝達膜の開発に取り組み、以下の成果を得た。
(1) 重合可能な残基を持つキノン誘導体の合成に成功した。アントラキノン誘導体を原料として、二重結合を持つ置換基を導入した。置換基がアリル型、アクリル酸型の場合は一段階の反応で高収率で合成できた。一方、溶解度を調節するためアルキル基のスペーサを導入した化合物の合成も試みたが、キノン骨格の分解のため収率が低く、好ましくないことがわかった。
(2) 上記のキノン誘導体の高分子化を行った。アリル型の誘導体は反応性が低く、満足な結果は得られなかった。アクリル酸型の誘導体は円滑に反応が進行したが、重合度が十分ではなかった。そこで、アクリル酸アルキルエステルとの共重合を行い、重合度を高めた高分子を作ることに成功した。
(3) 上記のキノン高分子を FTO 基板上に膜として展開し、電気化学特性を測定した。Ag/AgCl 基準 -0.8 V 付近に還元波が観測され、膜に電荷蓄積ができることが確認できた。再酸化の波は -0.6V 付近だった。なお、酸素を除くために窒素を通気している際に、キノン高分子が一部剥離していることが観測された。剥離後も酸化還元波の観測は可能だったことから、FTO とキノン高分子の結合は強固であるが、キノン高分子同士の結合が比較的弱いことが示唆される。このため、膜の機械的強度の点からは課題を残す結果となった。
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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
初年度は、電子伝達特性を持つ高分子の合成・膜の作成・透明電極上への膜の展開・電気化学特性の評価までを行う計画であった。
高分子合成については、アントラキノン誘導体を原料として、アクリル酸型の高分子を用いることが好適であると結論づけることができた。膜の作成については、重合度を制御することにより、再現性良く膜を作成できる高分子の作成手順を確立できた。透明電極上への膜の展開については、アクリル酸エステルとの共重合体を用いることで、ドロップキャスティング法による膜作成が再現性良く可能であることを実証した。電気化学特性については、サイクリックボルタンメトリー法による評価を行い、膜に電荷蓄積ができることを示した。ただし、測定時に膜が一部剥離する問題点は残った。
以上の通り、膜の機械的特性の面で一部課題を残したものの、全体としてはおおむね計画通りに進行していると評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２６年度は、光活性物質を膜内または膜表面に導入して、光化学反応を用いて電子伝達膜内に電荷を蓄積することを試みる。具体的には、以下のような方策となる。
(1) 高分子膜の酸化状態の電気化学的評価。合成したキノン高分子はすべてが酸化型と考えられる。電荷が蓄積されて一部還元型になった場合、その変化を電気化学的に定量する手法を開発する必要がある。このため、まずは溶液相に加えた還元剤による化学反応（光を用いない）で酸化型を一部還元型に変化させ、その状態で電気化学測定を行い、膜内の電荷量を測定する。
(2) 逆に、還元型から酸化型へと化学的に変化させ、その変化量を電気化学的に決定する。このため、定電位電解によって完全に還元型へと膜を変化させたあと、溶液相に加えた酸化剤によって還元型を酸化型へ変化させ、その状態での電気化学測定を行う。
(3) 膜への光活性物質の導入について検討する。当面は、ポルフィリンを用いて研究を進める。以下の３つの手法を試みる：キノン高分子の溶液中にポルフィリンを溶解させて一緒に製膜する、キノン膜の表面にポルフィリンを吸着させる、キノンとポルフィリンの共重合高分子を作る。但し、キノン高分子はそのまま使い回しすることが、製造コスト上は好ましいため、できるだけ最初の２つの方法で実現できるよう検討する。また、低分子のポルフィリンだけでなく、高分子側鎖を持つポルフィリンや、ポルフィリンの重合体なども合わせて検討する。
(4) 光活性物質を導入した膜を用いて、光反応による電荷蓄積を試みる。(1)(2) で化学反応による電荷蓄積についてすでに検討しているため、光反応を用いた系の評価は直ちに実現できる。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
今年度は、所属機関異動の直後であったため、研究活動が３月末までずれこんだ。本研究においては、試薬等について突発的に購入が必要になる場合が多発する。このため、実験に必要な試薬等消耗品を３月末まで購入できる予算枠を確保する必要があった。この確保分が、繰り越し金額として残った。
主に試薬を購入する消耗品費として使用する。
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