高温で高性能・高安定なプロトン伝導性高分子に関する研究

研究代表者はこれまでに、主鎖が安定な炭素-炭素結合のみから成るプロトン導電性芳香族高分子は、固体高分子形燃料電池の膜/バインダー材料として、非常に安定に作動することを報告している。しかし、そのような高分子を合成する手法は限定的であり、分子構造の多様化/コストの観点から、新しい有望な高分子電解質合成法の出現が望まれている。他方、超強酸触媒ヒドロキシアルキル化重合は、金属触媒を使うことなく、また、特に不活性雰囲気下でなくとも、安定な炭素-炭素結合のみから成る高分子を安価に合成できる数少ない重合法として知られている。また、親水部/疎水部がある程度連続して高分子主鎖を構成している高分子電解質（例えばセグメント化芳香族アイオノマー）は、良好なナノ相分離構造の形成ゆえに、高性能な膜が得られやすいことが知られている。本年度における様々な検討の結果、超強酸触媒ヒドロキシアルキル化重合条件を工夫することで、両末端がCl- or Br-フェニルに制御されたオリゴマー（Cl- or Br-TFTAオリゴマー）を良好な収率で合成可能であることを発見した。この発見により得られたCl-TFTAオリゴマーを疎水部に用いた山本重合により、従来にない新しいカテゴリーの高分子電解質群「安定な炭素-炭素結合のみから成るセグメント化芳香族アイオノマー」の先駆けであるSP-BAF-OligoTFTA1（Mn = 28 kDa, Mw = 85 kDa）の合成に初めて成功した。得られたSP-BAF-OligoTFTA1膜は非常に高い化学安定性を示し、フェントン試験後も高い維持率（重量 = 99%、分子量 = 95%、IEC = 100%）を有することから、固体高分子形燃料電池の膜/バインダー材料として、非常に有望であることが示された。

研究代表者はこれまでに、主鎖が安定な炭素-炭素結合のみから成るプロトン導電性芳香族高分子は、固体高分子形燃料電池の膜/バインダー材料として、非常に安定に作動することを報告している。しかし、そのような高分子を合成する手法は限定的であり、分子構造の多様化/コストの観点から、新しい有望な高分子電解質合成法の出現が望まれている。他方、超強酸触媒ヒドロキシアルキル化重合は、金属触媒を使うことなく、また、特に不活性雰囲気下でなくとも、安定な炭素-炭素結合のみから成る高分子を安価に合成できる数少ない重合法として知られている。また、親水部/疎水部がある程度連続して高分子主鎖を構成している高分子電解質（例えばセグメント化芳香族アイオノマー）は、良好なナノ相分離構造の形成ゆえに、高性能な膜が得られやすいことが知られている。本年度における様々な検討の結果、超強酸触媒ヒドロキシアルキル化重合条件を工夫することで、両末端がCl- or Br-フェニルに制御されたオリゴマー（Cl- or Br-TFTAオリゴマー）を良好な収率で合成可能であることを発見した。この発見により得られたCl-TFTAオリゴマーを疎水部に用いた山本重合により、従来にない新しいカテゴリーの高分子電解質群「安定な炭素-炭素結合のみから成るセグメント化芳香族アイオノマー」の先駆けであるSP-BAF-OligoTFTA1（Mn = 28 kDa, Mw = 85 kDa）の合成に初めて成功した。得られたSP-BAF-OligoTFTA1膜は非常に高い化学安定性を示し、フェントン試験後も高い維持率（重量 = 99%、分子量 = 95%、IEC = 100%）を有することから、固体高分子形燃料電池の膜/バインダー材料として、非常に有望であることが示された。