| 研究課題/領域番号 |
26410223
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
西原 正通 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 助教 (40415972)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 電荷移動錯体高分子複合膜 / 高分子電解質膜 / 固体高分子形燃料電池 / PEFC / スルホン化ポリイミド / 電荷移動錯体 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は、電子受容性ポリマーであるスルホン化ポリイミド（SPI）と電子供与性(ドナー)分子によって形成される電荷移動（CT）錯体複合膜を様々なドナー分子を用いて作製し、その物性評価とその結果を元にした分子設計を行った。
目標とする3種類の複合膜（１．単一ドナーによるCT錯体膜、２．複数のドナーを混合したカクテルCT錯体膜、３．ドナー性ポリマーなどを混合したポリマーブレンドCT錯体膜）の内、モデルとして検討しやすい単一ドナー膜とポリマーブレンド膜の評価を行った。
単一ドナー分子からなるCT錯体膜には、これまでにCT膜を形成する事が知られている2,6-ジヒドロキシナフタレン（2,6-DHN）を基本骨格とした機能性の異なる分子を合成し、CT錯体形成能や物性評価を行った。2,6-DHNにプロピル基を導入し疎水性を向上させたDPNにおいても、可視スペクトルにおいて530nm付近にDHNとSPIの間で形成されるCT錯体による吸収が観測されたことから、疎水化したドナー分子においても電子供与性を維持していれば、SPIと混和しCT錯体を形成する事が確認された。この結果を元に、ドナー分子にSPIと同じくプロトン伝導性を持たせた化合物を合成し、CT錯体複合膜の燃料電池用電解質膜への応用を検討する。
また、ブレンド膜として、ドナー製を有するスルホン化ポリエーテルエーテルケトン（SPEEK）を合成し、SPIと混合してCT錯体複合膜の形成能を評価した。SPEEKの場合、その骨格が直線的であるため、CT錯体を効率良く形成しながら成膜する事が難しいため、複合膜は形成するものの可視スペクトル中にCT錯体由来のピークをほとんど確認できなかった。この結果を受け、アルキル鎖やエチレングリコールを導入することでCT錯体を効率的に形成させ、高分子もしくはオリゴマー同士を効果的に混合し成膜する事を検討している。
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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
平成26年度に行った単一ドナーによるCT膜とポリマーブレンドCT膜の評価により、どのような分子設計であれば、効率良くCT錯体を形成し、逆に阻害するのか、どの本申請での基盤となる知見を得ることができた点は平成２６年度の実績と言える。
平成26年度の結果を元に現在新たな分子設計のドナー分子を合成している。例えば、ドナー分子からなるSPEEKドナーポリマーとSPIとのポリマーブレンドCT膜の結果から、SPIがSPEEKとCT錯体を形成させて成膜させるためには、SPEEK中のドナー分子である2,6-DHN間を結ぶリンカー部位が、１）2,6-DHNのドナー性を阻害しない官能基で形成されている、2)複数のCT錯体を一つのドナー分子から作製するためには、柔軟なリンカーでドナー分子間をつなぐ必要がある、と言う点が重要となる。これらの結果を踏まえ、2,6-DHNをエチレングリコール基でつないだドナー分子を作製している。
また、ドナー分子にプロピル基やビニル基を導入してもCT錯体を形成する事が明らかとなった。ドナー分子に加える官能基により、得られるCT錯体膜の物性も変化しており、本申請で明らかとする高分子膜の機能と分子構造の関係が平成26年度中から明らかとなってきている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度は、単一ドナーCT膜に対して、以下の2点について重点的に評価する。１） 構造がわずかに異なる構造異性体ドナー分子からなる膜の機能評価から、アクセプターポリマーであるSPIがどの程度ドナー分子を構造的に認識できているのかを評価する。2) 物性が全く異なるドナー分子（構造、極性、溶解性、酸性度など）からなるCT錯体膜を作製し、新たな機能性高分子複合材料として提案できる材料を作製する。特に、ドナー分子に強酸性基を導入することで、電解質膜としての利用を検討し、ビニル基を導入することで、相互侵入網目構造体の作製を試みる。単一ドナー分子によるCT膜作製については、前者でCT錯体膜の化学を明らかにする事、後者はCT錯体高分子複合材料の高分子材料作製法としての拡張性を示すために取り組む。
単一ドナー分子によるCT膜の結果を踏まえ、複数のドナー分子からなるCT錯体膜の作製にも取り組む。複数のドナー分子としての組み合わせは、得られるCT膜の物性に影響が出るように、ドナー分子間の物性がある程度異なるものを併用する。
ポリマーブレンドCT膜には、フレキシブルなリンカーでドナー分子間を結んだドナーポリマーもしくはオリゴマーを合成し、CT錯体膜を作製する。多重に重なるCT錯体は、その錯形成能が数千倍に上ると言う報告もあることから、機械強度を始めとする高分子物性にどのような影響を与えるのか評価を行う。
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