ブロック共重合体の自己組織化を利用した高伝導無加湿系プロトン伝導膜の調製

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可逆的付加開裂連鎖移動重合により、ポリスチレン-b-ポリ（4-ビニルピリジン）-b-ポリスチレントリブロック共重合体（S-P-S）を合成した。プロトン核磁気共鳴分光測定を行ったところS-P-Sの全体分子量は約46万で、Sの体積分率は0.074であった。このS-P-Sの膜を強酸である硫酸（Sa）で膨潤させることで電解質膜試料（S-P-S/Sa）を調製した。S-P-S/Sa膜に対して無加湿下、20～95℃の温度範囲で交流インピーダンス測定を行い、プロトン伝導率を評価した。Sa含有量が50 wt%のS-P-S/Saは、室温でガラス状の固体であり、0.001 S/cm未満の低い伝導率しか示さなかった。しかし、Sa含有量が10 wt%多い60 wt%となると室温でゲル状の固体となり、伝導率は2～3桁上昇して0.01 S/cm程度の値を示した。伝導率が大幅に上昇したのは、（１）膜中のP中央鎖の分子運動性、（２）Saから生じる遊離プロトンの量、の2つが大きくなったためと考えられる。さらにSa含有量が多い80 wt%の試料は、無加湿下にもかかわらず、0.1 S/cm程度、すなわち加湿Nafion膜に匹敵する非常に高い伝導率を示しており、Sa含有量が増えたことで遊離プロトン濃度が高まったことに由来すると考えられる。以上のように、塩基性官能基を有する高分子からなるブロック共重合体膜を強酸で膨潤させ、無加湿下にもかかわらず0.1 S/cm以上の高プロトン伝導率を示すブロック共重合体を用いた膜を調製することができた。これらの結果は無加湿下でも高プロトン伝導率を示すブロック共重合体からなるプロトン伝導膜を調製するときの指針になると考えられる。