イオン性液体を構成要素とするナノ相分離構造の構築と機能化

以离子液体为组成元素的纳米相分离结构的构建和功能化

基本信息

批准号：
04J09704
负责人：
向井知大
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

平成17年度では、イオン液体の性質を活かした新しい分子集合体の構築を試みた。さらに、プロトン付加型イミダゾールを構成要素とする分子集合体を構築し、プロトン伝導材料への展開について検討した。カチオン、アニオン両席に長鎖アルキル基を導入した1-エチル-3-ドデシルイミダゾリウムドデシルスルホン酸塩を設計した。得られた塩は、スメクチックA液晶性を示し、さらに低温域で高次の配向秩序を有するスメクチックB相を形成した。動的イオン伝導度測定やアルカリ金属塩添加後の相転移挙動を評価した。その結果、スメクチックB相においても高イオン伝導度を示した。また、スメクチックA相からB相への相転移温度、エンタルピーともに塩添加の影響がみられなかった。以上の結果から、スメクチックB相はアルキル鎖が結晶化し、イオン部位は溶融した特徴的な分子集合体であることがわかった。このような構造中では非極性基を持たないイオン種が優先的に移動すると考えられるため、添加した塩から解離生成したイオンを選択的に運ぶことのできるマトリックスになると期待できる。さらに、液晶性イミダゾリウム塩が形成するイオンドメインの機能化として、プロトン伝導性の付与を試みた。非水系プロトン伝導体として注目されているイミダゾールへの液晶性の付与を試みた。イミダゾール環2位に長鎖アルキル基を有するイミダゾールを種々のプロトン酸で中和した一連の化合物のうち、液晶相を発現したものが最も高いイオン伝導度と低い活性化エネルギーを示した。次に、プロトン欠陥として2-長鎖アルキルイミダゾールを添加した。その結果、液晶性は低下したが、液晶、結晶相においてイミダゾール添加前よりも高いイオン伝導度と低い活性化エネルギーを示した。以上のことから、プロトン付加型イミダゾールに液晶性を付与することで高速プロトン伝導を発現させることができる見通しを得た。

2005年，我们尝试构建一种利用离子液体特性的新分子组装体。此外，我们构建了包含质子化咪唑作为组分的分子组装体，并研究了其在质子传导材料中的应用。我们设计了在阳离子和阴离子位置均引入长链烷基的1-乙基-3-十二烷基咪唑鎓十二烷基磺酸盐。所得盐表现出近晶A液晶性，并且在低温下形成具有更高阶取向顺序的近晶B相。评估了添加碱金属盐后的动态离子电导率测量和相变行为。结果，即使在近晶B相中也显示出高离子传导性。此外，相变温度和从近晶A相到B相的焓均不受盐添加的影响。由以上结果可知，近晶B相是烷基链结晶、离子位点熔融的特征性分子集合体。在这种结构中，认为不具有非极性基团的离子物质优先迁移，因此预计基质将能够选择性地传输由添加的盐解离产生的离子。此外，我们尝试通过赋予质子传导性来功能化由液晶咪唑鎓盐形成的离子域。我们尝试赋予咪唑液晶性，咪唑作为非水质子导体而备受关注。在咪唑环2位具有长链烷基的咪唑与各种质子酸中和的一系列化合物中，产生液晶相的化合物表现出最高的离子电导率和最低的活化作用活力。接下来，添加2-长链烷基咪唑作为质子缺陷。结果，尽管液晶性降低，但与添加咪唑之前相比，液晶和晶相表现出更高的离子电导率和更低的活化能。由此，我们获得了通过赋予质子化咪唑液晶性来发展高速质子传导的前景。