2015 Fiscal Year Research-status Report
高分子薄膜に含まれる微量水が高分子構造や機能性に与える影響の解析手法の確立
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26810075
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
下赤 卓史 京都大学, 化学研究所, 助教 (40609921)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 赤外分光法 / 量子化学計算 / NMR / ナフィオン膜 / パーフルオロアルキル化合物 / 不凍効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H27年度は，大きく分けて2つのテーマに取り組んだ．
前年度に行ったNafion膜中のスルホン酸基に水和した吸着水の構造解析の結果を受けて，我々が見出した‘束縛水’を含めた3種の水についてプロトンNMRを用いて定量的に評価した．その結果，中性のスルホン酸基が3水和になるまでの吸着水が‘束縛水’，3水和以上ではスルホン酸基が酸解離してヒドロニウムイオンを生成しており，ヒドロニウムイオンへの吸着が起こり，7～8水和までは‘水和水’，それ以上ではバルク水として吸着することを明らかにした．この結果は国内・国際学会で報告し，国際的な学会誌に発表した．
また，本課題のもう一つのテーマである，「溶液中の高分子構造におよぼす微量水の影響」についても研究を進めている．一つはポリエチレングリコールと水の分子間相互作用の解明を目指すもので，その前段階として水―エチレングリコール混合溶液における相互作用を赤外分光法と多変量解析を用いて調べた．不凍液として知られるこの溶液中には，エチレングリコール1分子に水分子が約4水和した化学種‘会合体’が存在し，この会合体の濃度に依存する量変化が凝固点の変化とよく一致することがわかった．この会合体中の分子間相互作用は純水中のものよりも強いため，低温でも安定に存在することが予想され，結晶核の生成を阻害すると考えられる．この結果も国内・国際学会で報告し，この内容をまとめた論文を投稿中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題を構成する２つのテーマのうち，「Nafion 膜中の水分子の水和構造」に関しては昨年度にほぼ達成していたが，今年度NMRを用いることで定量的に評価することまで達成し，予定していた以上の成果を上げることができた．
「溶液中の高分子構造におよぼす微量水の影響」についても研究は進んでおり，1つのテーマは論文投稿の段階まで進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
Nafion膜中の水の素性をかなり明確にすることができたため，代表的な性質であるプロトン輸送現象の解明に取り組む予定である．Nafionの大半を構成するパーフルオロアルキル（Rf）の部分はこれまで疎水性コアと見なされてきたが，最近クラスタサイズの分子水と親和性があることが分かってきた．プロトン輸送現象をRf鎖の領域を含めて見直すため，ラマン分光イメージング法により膜中のプロトンと水和水の分布およびRf鎖との相互作用解析を検討している．
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[Presentation] An origin of complicated infrared spectra of perfluoroalkyl compounds involving a normal alkyl group2015
Author(s)
Takeshi Hasegawa, Takafumi Shimoaka, Yuki Tanaka, Nobutaka Shioya, Kohei Morita, Masashi Sonoyama, Hideki Amii, Toshiyuki Takagi, Toshiyuki Kanamori
Organizer
Pacifichem 2015
Place of Presentation
Honolulu, HI, USA
Year and Date
2015-12-16 – 2015-12-16
Int'l Joint Research / Invited
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