Local structure analysis for rational design of proton-conducting self-assembled membranes

质子传导自组装膜合理设计的局部结构分析

基本信息

批准号：
22H01889
负责人：
水野元博
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，高分子とプロトン輸送分子の自己組織化により形成される固体プロトン伝導体のナノ空間の構造・分子運動・相互作用の詳細な解析，及びプロトン伝導機構の解明により，新規な高プロトン伝導性材料の開発を行う。本年度は、アルギン酸(AA)、ポリアクリル酸(PAA)にプロトン輸送分子として1,2,3-トリアゾール（Tz）を加えた複合体膜((1-ｘ)AA-ｘPAA-ｙTz、ｙはAA、PAAに含まれるカルボキシ基に対するTzのモル比)を作製した。膜内のTzの導入量を変化させることで、複合体のプロトン伝導性や熱安定性がどのように変化するかを調べた。AAとPAAの割合が等しい(ｘ=0.5)膜二つを比較すると、Tzの割合が大きい膜の方が高い伝導率を示した。また、同じTz量(ｙ＝0.9)の膜を比較すると、PAAの割合が大きい膜の方がより高温で高い伝導率を示した。プロトン輸送分子であるTzの導入量が増えると、プロトン伝導性は向上し、PAAの割合が大きいほど、高温でも膜の状態を保つことができ、耐熱性が上がることがわかった。AAにプロトン輸送分子として長さの異なるアルキル鎖を有するイミダゾール誘導体(AlkIm)を加えた複合体膜について、プロトン伝導性と熱安定性を調べた。イミダゾールにアルキル鎖がつくことでAAから脱離しにくくなることが示唆された。また、AlkImの重水素化物を調製し、複合体膜中でのAlkImの運動を解析した。アルキル鎖が付いていてもイミダゾール誘導体は高温では等方回転運動を起し、プロトン伝導の効率を上げることがわかった。

在这项研究中，我们将通过详细分析由聚合物和质子转运分子自组装形成的结构，分子运动以及固体质子导体的相互作用，并阐明质子传导机制，从而开发新的高质子传导性材料。今年，将复杂的膜（（1-X）AA-XPAA-YTZ）添加到藻酸（AA）和聚丙烯酸（PAA）中，作为质子转运分子（（（1-X）AA-XPAA-YTZ，Y，Y是TZ与AA和PAA中包含的羧基的摩尔比）。我们研究了复合物的质子电导率和热稳定性如何通过改变引入膜中的TZ量来改变。当比较具有相等比例的AA和PAA（X = 0.5）的两张薄膜时，具有较大TZ的膜显示出更高的电导率。此外，当比较具有相同数量的TZ的膜（Y = 0.9）时，PAA比例较大的膜在较高温度下显示出较高的电导率。已经发现，增加TZ的量，质子转运分子可以提高质子的电导率，并且PAA的比例越大，即使在高温下，膜就能保持在该州，并且耐热性越高。研究了质子电导率和热稳定性的复杂膜，其中具有不同长度的烷基链的咪唑衍生物（ALKIM）作为质子转运分子添加到AA中。有人建议咪唑具有一个烷基链，这使得很难从AA中取出。还制备了深思的碱，并分析了复合膜中碱的运动。已经发现，即使使用烷基链，咪唑衍生物在高温下产生各向同性旋转运动，从而提高了质子传导的效率。