双連続キュービック液晶を利用した水素／電解質／白金間における三相界面の拡張

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三相界面とは気相・液相・固相などの異なる三相の全てが接する点を示す。科学界には三相界面でのみ進行する化学反応が数多く知られている。燃料電池の電極上における化学反応もまた、ガス(水素もしくは酸素)・電解質・白金の全てが接地する三相界面で酸化・還元反応が進行する。それぞれ反応に関与する物質が分子・イオン・電子と全く異なるため、白金触媒の限られた面積しか触媒として機能できない。三相界面を意図的に拡張する方法論を確立できれば、反応効率の飛躍的な向上を期待でき、新しい材料設計・反応設計として興味深い。高分子形燃料電池では、ナフィオンを代表とするガス透過性の低い高分子電解質を白金触媒上に被覆することで、電解質/触媒の界面を作製し、基質ガスを吹きかけることで反応させていた。電解質がプロトン・水素ガスを同時に輸送する材料を作製できれば、電解質/白金間における二相界面を三相界面へと昇華できると考えた。一般的にプロトン・水素ガスは極性が大きく異なるため同一媒体中で存在できない。そこで両親媒性分子が創るナノ相分離構造に着目した。双連続キュービック液晶はナノ相分離を駆動力に、ナノオーダーの周期性と連続性を併せ持つ『三次元極小界面』と『三次元分岐チャネル』を形成する。そこで、『三次元極小界面』と『三次元分岐チャネル』をそれぞれプロトンと水素ガスの輸送場として機能化することで、プロトン・水素ガスを同時に輸送可能な媒体の作製を目指した。