Templated synthesis of conjugated polymers nanocylinder by means of bipolar electrochemistry

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本研究は、バイポーラ電極を駆動する外部電場そのものの効果に着目し、細孔をもつ鋳型を用いた電極反応と電気泳動とのシナジー効果を活用する電気化学反応系の開発を目指すものである。本研究により得られる高密度・高強度な高分子ナノシリンダーは色素増感太陽電池等への応用が期待される。ナノシリンダー構造を構築する手法として、シリンダー状の細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナ膜を鋳型とする「テンプレート電解重合法」があるが、細孔内部への基質の輸送が遅いため、得られるシリンダーがチューブ状となり、テンプレート除去後に倒れてしまう。そこで我々は、より簡便な手法として、バイポーラ電気化学を駆動する外部電場に着目し、電気泳動に基づく基質輸送をテンプレート電解重合系に組み込むことで、高強度ナノシリンダーの作製を試みた。本年度は基礎的な知見の収集を目的として、細孔を有する鋳型を配したバイポーラ電極系を設計し、金属イオンの電解還元に基づく金属ナノシリンダーの作製および評価を行った。興味深いことに、電析物形状は電場強度および基質濃度に大きく依存する結果となった。低電場・低基質濃度条件下では金属の電析が十分に進行しなかったものの、高電場・低基質濃度条件下では低密度充填されたナノチューブが、また低電場・高基質濃度条件下ではナノ粒子の堆積が確認された。なかでも高電場・高基質濃度条件下では高密度充填されたナノシリンダーが得られており、テンプレート除去後も基板に対して垂直配向する様子が確認された。以上の結果は、バイポーラ電気化学を駆動する外部電場によりイオン種が泳動することに起因しており、高電場印加のもと、細孔内部への効率的な基質輸送が達成されることで高強度なナノシリンダーが得られたと考えられる。