生分解性を有する超プロトン伝導体の創製

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燃料電池の高効率化の鍵を握る高性能なプロトン伝導体は、水素エネルギー社会を実現するために必要不可欠である。現在、Nafion【○!R】膜などの合成高分子や高温作動型の金属酸化物などがプロトン伝導体として知られているが、燃料電池のエネルギー密度向上のために、室温下で10^<-1>Scm^<-1>を超えるほどの高い伝導率を示す"超プロトン伝導体"が切望されている。一方、環境負荷の低減を考慮し、温和な条件下で容易に自然分解する天然高分子を利用することが有効である。本研究では、「生分解性」と「超プロトン伝導性」を併せ持つ環境調和型の水素エネルギー素子の創製を目指す。研究代表者は昨年度の研究において天然高分子である酸性多糖類で被覆された白金ナノ粒子において、Nafion【○!R】膜に匹敵する程の高いプロトン伝導率(>1×10^<-2>Scm<-1>)を見出した。しかしながら、この複合体は熱安定性が乏しい点に問題があった。本年度は、高プロトン伝導性の発現、および熱安定性の向上を目的として、新規な酸性多糖類被覆白金ナノ粒子を合成し、そのプロトン伝導性について検討を行った。具体的には、塩基性複素環化合物により白金ナノ粒子表面を修飾し、これを酸性多糖類マトリックスに分散することを試みた。その結果、比較的低加湿下においても高いプロトン伝導性を示すことが明らかとなり、将来的には高温・低加湿型燃料電池の固体高分子電解質または膜電極接合体などへ応用できるものと考えている。また、プロトン伝導率に対する白金ナノ粒子組成依存性を調べた結果、電気伝導率はプロトン伝導から電子-プロトン混合伝導へ、さらに電子伝導へと連続的に制御可能であることが明らかとなった。今後、プロトン伝導の詳細なメカニズムを明らかにすることで、超プロトン伝導性に実現を図りたいと考えている。