Local structure analysis for rational design of proton-conducting self-assembled membranes

质子传导自组装膜合理设计的局部结构分析

• 批准号: 22H01889
• 负责人: 水野 元博
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01889/
• 关键词: 固体プロトン伝導体; 固体NMR; 分子運動; 水素結合; プロトン伝導体; 高分子複合体

本研究では，高分子とプロトン輸送分子の自己組織化により形成される固体プロトン伝導体のナノ空間の構造・分子運動・相互作用の詳細な解析，及びプロトン伝導機構の解明により，新規な高プロトン伝導性材料の開発を行う。本年度は、アルギン酸(AA)、ポリアクリル酸(PAA)にプロトン輸送分子として1,2,3-トリアゾール（Tz）を加えた複合体膜((1-ｘ)AA-ｘPAA-ｙTz、ｙはAA、PAAに含まれるカルボキシ基に対するTzのモル比)を作製した。膜内のTzの導入量を変化させることで、複合体のプロトン伝導性や熱安定性がどのように変化するかを調べた。AAとPAAの割合が等しい(ｘ=0.5)膜二つを比較すると、Tzの割合が大きい膜の方が高い伝導率を示した。また、同じTz量(ｙ＝0.9)の膜を比較すると、PAAの割合が大きい膜の方がより高温で高い伝導率を示した。プロトン輸送分子であるTzの導入量が増えると、プロトン伝導性は向上し、PAAの割合が大きいほど、高温でも膜の状態を保つことができ、耐熱性が上がることがわかった。AAにプロトン輸送分子として長さの異なるアルキル鎖を有するイミダゾール誘導体(AlkIm)を加えた複合体膜について、プロトン伝導性と熱安定性を調べた。イミダゾールにアルキル鎖がつくことでAAから脱離しにくくなることが示唆された。また、AlkImの重水素化物を調製し、複合体膜中でのAlkImの運動を解析した。アルキル鎖が付いていてもイミダゾール誘導体は高温では等方回転運動を起し、プロトン伝導の効率を上げることがわかった。

This study aims to analyze the spatial structure, molecular motion and interaction of polymer transport molecules, and to clarify the mechanism of polymer transport, and to develop new methods for the development of polymer conductive materials. This year, the production of complex films ((1-x)AA-xPAA-yTz, y-AA, PAA) containing transport molecules and 1,2,3-transport molecules (Tz) was carried out. The amount of Tz introduced into the membrane changes, and the conductivity and thermal stability of the complex change. AA and PAA are separated into equal parts (x=0.5) and the film is separated into large parts (x = 0.5). For example, the film thickness of PAA with the same Tz value (y=0.9) is higher than that of PAA at higher temperature and higher conductivity. The introduction amount of transport molecules increases, the conductivity of transport molecules increases, the PAA cleavage increases, the membrane state is maintained at high temperature, and the heat resistance increases. AA transport molecules, long chain, long chain The first two days of the month, the second three days of the month, the third three days of the month, the fourth day of the month. The modulation of AlkIm and heavy compounds and the analysis of AlkIm motion in complex films The temperature and temperature of the induction body are different.