三相界面の次元拡張を実現するジャイロイド構造膜の開発

开发实现三相界面尺寸扩展的螺旋结构膜

• 批准号: 21H02010
• 负责人: 一川 尚広
• 金额: $ 11.32万
• 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 Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02010/
• 关键词: 三相界面; ジャイロイド; 液晶; イオン液体; 燃料電池; プロトン伝導

カーボンニュートラルな社会の構築において、燃料電池は中核を担うデバイスである。このような燃料電池の発電効率や機能・性能を革新するためには、燃料電池の部材である電極・電解質・セパレータ・触媒などの個々の設計も重要であるが、それらの部材の接合界面を制御することが極めて重要である。特に、『燃料相/電解質相/触媒相の三相の全てが接する界面（三相界面）』は反応活性点として機能する点であり、この三相界面を如何に多量に系中に作り出すかは発電効率に強く関与する因子である。これまで我々はジャイロイド構造を有する特異なプロトン伝導膜の開発に成功してきた。この膜は、我々が独自に設計・開発した重合性基を有する両親媒性双性イオンを自己組織化した状態でin situ重合することによって得ることができる。膜内のジャイロイド極小界面に沿ってスルホ基が精緻に配列した構造を有しており、湿度雰囲気下に静置すると吸湿し、この界面に沿って水分子が取り込まれ、界面上に並んだ水分子を介して高速なプロトン現象が誘起される点が特徴である。本研究では、この我々が開発してきたジャイロイド構造膜を改質し、三相界面を大幅に拡大する方法論を創成することを目的とする。具体的には、ジャイロイド構造膜中にH+の輸送経路と水素の輸送経路の両方を創り出し、燃料ガス相と電解質相を同一の擬似一次相内に融合することを目指す。更に、電極上の白金触媒表面をこのような擬似一次相で覆うことで、白金ナノ粒子の表面全体を反応活性点に変換する方法論の開発を目指す。

カ ー ボ ン ニ ュ ー ト ラ ル の な society construct に お い て in fuel cell は nuclear を bear う デ バ イ ス で あ る. こ の よ う な fuel cell の 発 electric working rate や, functional performance, を innovation す る た め に は, fuel cell の material で あ る electrode, electrolyte, セ パ レ ー タ, catalytic な ど の a 々 の も important で あ る が, そ れ ら の の department material bonding interface を suppression す る こ と が extremely め て important で あ る. に, "fuel phase/electrolyte phase/phase catalytic の three-phase の full て が meet す る interface (three-phase interface)" は point of 応 activity と し て function す る point で あ り, こ の three-phase interface を how to に に more quantity of に り out す か は 発 strong electric working rate に く masato and す る factor で あ る. こ れ ま で I 々 は ジ ャ イ ロ イ ド a す を construction る specific な プ ロ ト ン 伝 guide film の open 発 に successful し て き た. こ の membrane は, I 々 が に design alone, open 発 し た overlap sex を has an す る struck close pollination bisexual イ オ ン を yourself organized し た state で す in situ overlap る こ と に よ っ て have る こ と が で き る. Membrane is の ジ ャ イ ロ イ ド minimal interface に along っ て ス ル ホ base が delicate に match column し た a し を construction て お り, humidity 雰 囲 気 に under stand す る と hygroscopic し, こ の interface に along っ て が water molecules take り 込 ま に れ, interface and ん だ water molecules を interface し て high-speed な プ ロ ト が ン phenomenon induced さ れ る point が, 徴 で あ る. This study で は, こ の I 々 が open 発 し て き た ジ ャ イ ロ イ ド structure membrane modification を し, three-phase interface を sharply に company, big す る methodology を chuang cheng す る こ と を purpose と す る. Specific に は, ジ ャ イ ロ イ ド structure membrane に H + の conveying 経 と water element の conveying 経 road の struck party を gen り し, fuel ガ ス phase と electrolyte phase を same の quasi に within a phase fusion す る こ と を refers す. More に, electrode の platinum catalyst surface を こ の よ う な quasi one phase で fu う こ と で, platinum ナ の ノ particle surface all を point of 応 activity に variations in す る methodology の open 発 を refers す.

项目成果

円盤状モノマーの自己組織化を利用した柱状高分子合成の開発

利用盘状单体自组装开发柱状聚合物合成

• 发表时间: 2021
• 作者: Indranil Bhattacharjee;Kikuya Hayashi;Shuzo Hirata*;岩澤広将・一川尚広
• 通讯作者: 岩澤広将・一川尚広

三次元プロトン伝導性界面を有する ジャイロイド構造膜の創成

具有三维质子传导界面的螺旋结构膜的创建

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Inoue;M. Liu;Y. Nagao;M. Gemmei;T. Miyashita;M. Mitsuishi;J. Matsui;一川尚広
• 通讯作者: 一川尚広

Development of molecular design principle of gemini amphiphilic zwitterions forming bicontinuous cubic liquid-crystalline phases

双子两亲性两性离子形成双连续立方液晶相的分子设计原理的发展

• 发表时间: 2021
• 作者: 長尾祐樹;髙倉健作;小野祐太朗;末次輝太;原光生;永野修作;Hikaru Oshiro and Takahiro Ichikawa
• 通讯作者: Hikaru Oshiro and Takahiro Ichikawa

New design of bicontinuous cubic liquid crystals based on atropisomarization

基于阻转异构化的双连续立方液晶新设计

• 发表时间: 2021
• 作者: 姚禹澤;LIU Miaomiao;渡邉隼人;原光生;永野修作;長尾祐樹;Soki OBARA・XiangbingZENG・Go WATANABE・Takahiro ICHIKAWA
• 通讯作者: Soki OBARA・XiangbingZENG・Go WATANABE・Takahiro ICHIKAWA

重合性カラムナー液晶を利用した柱状高分子の合成手法の開発

开发使用可聚合柱状液晶合成柱状聚合物的方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Hatakeyama-Sato Kan;Umeki Momoka;Adachi Hiroki;Kuwata Naoaki;Hasegawa Gen;Oyaizu Kenichi;岩澤広将・小林翼・一川尚広
• 通讯作者: 岩澤広将・小林翼・一川尚広