環境負荷が大きい溶媒を必要としない電気化学法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13878114
• Research Institution: Ube National College of Technology
• Principal Investigator: 小倉 薫 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 助教授 (10249849)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅谷 重夫 京都大学, 化学研究所, 助教授 (80160315)
• Keywords: 電気化学 / 支持電解質 / 無極性溶媒 / アルカン中の電気化学 / イオン対生成 / 電導度 / 四級アンモニウム / テトラアリルホウ酸

Research Abstract

有機溶媒中の電気化学で用いられる極性溶媒の殆どが分子内にハロゲンや窒素を含み、環境への負荷の観点から好ましくない。本研究の目的は環境負荷が小さい炭化水素類を溶媒とすることが出来る電解法を開発することにある。研究計画は無極性溶媒中の支持電解質の確立及び開発した電解質を用いる無極性溶媒中の新しい電解系の開発であった。この計画に従って、以下のような研究を行った。
1.電解質の開発:各種の有機電解質を合成し、アルカンの一つであるシクロヘキサン中の電導度測定を行い、電導性を決定する支配要因を明らかにした。テトラ(デシル)アンモニウムを陽イオンとし、テトラアリルホウ酸イオンの芳香環に各種の置換基を導入した電解質を合成した。15種類の合成に成功し、溶解性及び溶液の電導度から電解質イオン設計に関して次のような指標を導いた。(1)対称な芳香環を持つテトラアリルホウ酸では、置換基効果は分子表面で水素原子が占める面積の変化による。(2)非対称な芳香環を導入した場合、芳香環内にB-C結合軸とは非対称な双極子が生じる。イオン対生成に際し、そのような双極子の存在は芳香環の回転により陽電荷-双極子相互作用をもたらすためにイオン間相互作用が強くなり、溶解性や電導度の低下をもたらす。この他に、陽イオンのアルキル鎖の長さについても最適条件を明らかにした。以上の様な検討に基づき、無極性溶媒中の支持電解質陰イオンとして最適なものを決定した。
2.電解系への適用:1で開発した電解質をアルカン中の支持電解質とし、白金電極での電解系へ適用した。その結果、高い伝導性を与えるテトラアリルホウ酸イオンは電子吸引性のフッ素系置換基を持っており、酸化電圧が高く、広い分極領域を与えた。
以上より、本研究課題で開発した電解質は高い伝導性と広い分極領域を同時に実現するため、アルカン中での電気化学法として極めて優れていることが分かった。

Research Products

• [Publications] Kaoru OGURA: "Quaternary ammonium tetraarylborates : Substituent effect in tetraarylborates on electric conductivity in non-polar solvent"Analytical Sciences. 17supplement. i341-i344 (2001)
• [Publications] Shigeo UMETANI, Kaoru OGURA, Shoko YAMAZAKI: "Novel acylpyrazolones having crown ether moiety as intramolecular synergist"Analytical Sciences. 17supplement. i241-i244 (2001)
• [Publications] Shigeo UMETANI, Shoko YAMAZAKI, Kaoru OGURA: "Solvent extraction of metal ions with novel 4-acyl-5-pyrazolones having crown ether moiety as intramolecular synergist"Proceeding of International Solvent Extraction Conference (Cape Town). 420-424 (2002)