リグニン由来導電性材料の開発

木质素导电材料的开发

基本信息

批准号：
12876038
负责人：
高井光男
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

木材中に存在するリグニンは完全な絶縁体であり、電気伝導性を付与できないという考えが常識であったが、前年度の報告通り、ヨウ素をドーピングすることにより電気伝導度が絶縁体の10^<-10>S/cm^2から一億倍ほど増大し、最高で約10^<-2>S/cm^2ほどの導電性を与えられることがわかった。本年度はヨウ素添加リグニンの導電性の機構について検討した。オルガノソルブリグニンにヨウ素を重量比で1:4の割合で反応させた試料の導電率は3.00×10^<-4>S/cm^2であり、半導体並みであった。このヨウ素添加リグニンをESR測定すると導電性をもつ高分子に典型的に見られる非対称のスペクトルが得られた。ラマンスペクトルにはヨウ素添加後にI^<3->に由来するピークが現れたので、ヨウ素がI^<3->の形で存在していることが確認できた。この結果はヨウ素ドープによりUVスペクトルにI^<3->の吸収と考えられる290nmと360nmの大きな吸収ピークが観測されたことと一致する。つまり、ヨウ素がリグニンの分子軌道から電子を奪いI^<3->となり、リグニンとヨウ素間で電荷移動錯体が形成されたことが考えられる。IRスペクトルでは、共役カルボニル基、共役二重結合の増加が観測されなかった。しかし、UVスペクトルにおいて、650〜750nm付近の緩やかな吸収がヨウ素を添加することにより長波長側の700〜780nm付近に移動することが観測された。したがって、導電性が向上したのはリグニン分子鎖上で共役構造の誘導が起こったせいではなく、ベンゼン環の凝集などのコンフォメーション変化が起き実効共役長が増加したためだと考えられる。

众所周知，木材中的木质素是完全绝缘体，不能赋予导电性，但正如前一年报道的那样，掺杂碘可将导电性提高到绝缘体的 10^。从<-10>S/cm^2 增加约1亿倍，给出约10^<-2>S/cm^2的最大电导率。今年，我们研究了碘化木质素的导电机制。有机溶胶木质素与碘以1:4的重量比反应制备的样品的电导率为3.00×10^-4S/cm^2，与半导体的电导率相当。这种碘化木质素的 ESR 测量产生了导电聚合物典型的不对称光谱。添加碘后的拉曼光谱中出现来自I^3-的峰，因此确认碘以I^3-的形式存在。该结果与在UV光谱中由于碘掺杂而在290nm和360nm处观察到的大吸收峰一致，这些吸收峰被认为是I ^ 3- 的吸收。即，认为碘从木质素的分子轨道上除去电子而成为I^<3->，在木质素与碘之间形成电荷转移络合物。在红外光谱中，没有观察到共轭羰基或共轭双键的增加。然而，在UV光谱中，观察到通过添加碘，650-750nm附近的温和吸收移动到700-780nm附近的较长波长侧。因此，认为电导率的提高不是由于木质素分子链上共轭结构的诱导，而是由于苯环聚集等构象变化导致有效共轭长度的增加。