ブロック共重合体の自己組織化を利用した高伝導無加湿系プロトン伝導膜の調製

利用嵌段共聚物自组装制备高导非增湿质子传导膜

• 批准号: 20J11033
• 负责人: 梶田 貴都
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11033/
• 关键词: プロトン伝導; 高分子電解質膜; 無加湿; 無水系; ブロック共重合体; 自己組織化; 酸

可逆的付加開裂連鎖移動重合により、ポリスチレン-b-ポリ（4-ビニルピリジン）-b-ポリスチレントリブロック共重合体（S-P-S）を合成した。プロトン核磁気共鳴分光測定を行ったところS-P-Sの全体分子量は約46万で、Sの体積分率は0.074であった。このS-P-Sの膜を強酸である硫酸（Sa）で膨潤させることで電解質膜試料（S-P-S/Sa）を調製した。S-P-S/Sa膜に対して無加湿下、20～95℃の温度範囲で交流インピーダンス測定を行い、プロトン伝導率を評価した。Sa含有量が50 wt%のS-P-S/Saは、室温でガラス状の固体であり、0.001 S/cm未満の低い伝導率しか示さなかった。しかし、Sa含有量が10 wt%多い60 wt%となると室温でゲル状の固体となり、伝導率は2～3桁上昇して0.01 S/cm程度の値を示した。伝導率が大幅に上昇したのは、（１）膜中のP中央鎖の分子運動性、（２）Saから生じる遊離プロトンの量、の2つが大きくなったためと考えられる。さらにSa含有量が多い80 wt%の試料は、無加湿下にもかかわらず、0.1 S/cm程度、すなわち加湿Nafion膜に匹敵する非常に高い伝導率を示しており、Sa含有量が増えたことで遊離プロトン濃度が高まったことに由来すると考えられる。以上のように、塩基性官能基を有する高分子からなるブロック共重合体膜を強酸で膨潤させ、無加湿下にもかかわらず0.1 S/cm以上の高プロトン伝導率を示すブロック共重合体を用いた膜を調製することができた。これらの結果は無加湿下でも高プロトン伝導率を示すブロック共重合体からなるプロトン伝導膜を調製するときの指針になると考えられる。

采用可逆加成断裂链转移聚合法合成了聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)-b-聚苯乙烯三嵌段共聚物(S-P-S)。质子核磁共振谱显示S-P-S的总分子量约为460,000，S的体积分数为0.074。通过用强酸硫酸(Sa)溶胀该S-P-S膜来制备电解质膜样品(S-P-S/Sa)。在 20 至 95°C 的温度范围（无加湿）下对 S-P-S/Sa 膜进行交流阻抗测量，以评估质子电导率。 Sa含量为50wt%的S-P-S/Sa在室温下为玻璃状固体，并表现出低于0.001S/cm的低电导率。然而，当Sa含量增加10wt%至60wt%时，它在室温下变成凝胶状固体，电导率增加两到三个数量级，达到约0.01S/cm的值。电导率的显着增加被认为是由于两个因素的增加：（1）膜中P中心链的分子迁移率，以及（2）Sa产生的自由质子的量。此外，与加湿的Nafion膜相比，具有80wt％的高Sa含量的样品显示出约0.1S/cm的非常高的电导率，这表明Sa含量增加，这被认为是由于。自由质子浓度的增加。如上所述，由具有碱性官能团的聚合物制成的嵌段共聚物膜用强酸溶胀，并且制备即使在不加湿的情况下也表现出0.1S/cm以上的高质子传导率的嵌段共聚物膜。可以准备使用。这些结果被认为可以作为制备由嵌段共聚物制成的质子传导膜的指南，该膜即使在没有加湿的情况下也表现出高质子传导性。

项目成果

Extremely tough block polymer-based thermoplastic elastomers with strongly associated but dynamically responsive noncovalent cross-links

• DOI: 10.1016/j.polymer.2021.123419
• 发表时间: 2021-02-02
• 期刊: POLYMER
• 影响因子: 4.6
• 作者: Kajita, Takato;Tanaka, Haruka;Hashimoto, Sadaharu
• 通讯作者: Hashimoto, Sadaharu

ブロック共重合体をベースとした高伝導無水系プロトン伝導膜の調製

基于嵌段共聚物的高导电无水质子传导膜的制备

• 发表时间: 2021
• 作者: Horiguchi Ryoma;Hara Shinjiro;Suzuki Kozaburo;Iida Masaya;梶田貴都，野呂篤史，関隆広，松下裕秀，中村直樹
• 通讯作者: 梶田貴都，野呂篤史，関隆広，松下裕秀，中村直樹