【研究領域課題番号】20H02796 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

導電性高分子 / バイポーラ電気化学 / 電解重合 / 電気泳動 / 高濃度電解液 / 微細構造プロセス / 高分子ファイバー / テンプレート合成

【研究成果の概要】

π共役高分子やレドックス活性高分子（以下、導電性高分子）はその電荷移動特性や光学的特性、電気化学特性などから有機エレクトロニクスやエネルギーデバイスへの利用が期待されている。優れた素材開発が急伸する一方で、それらのデバイス実装を目指す上での成型プロセス（製膜・微細構造）は発展しているとは言い難い。有機エレクトロニクスの実現に向けた導電性高分子を配線する技術やエネルギーデバイス用に高表面積微細構造を作製する技術は複雑な装置に依存する。これら制約から脱却するため、高分子材料合成と実装プロセスを結ぶ新しい方法論の提案と、既存の枠組みにとらわれない新しい学理の構築が必要となる。
本研究では、導電性高分子の合成とその効果的な成型プロセスまでを一貫して意識した新しい方法論の開発を目的とする。具体的にはモノマーの電解重合の際に、電場による電気泳動効果を利用して自在に製膜あるいは高密度成型する。具体的には、（１）モノマーの電気泳動効果を利用した高密度導電性高分子シリンダーの創出、ならびに（２）導電性高分子の薄膜状自発成長の方向制御、について取り組む。
本年度は、課題（１）については、イオン性モノマーのテンプレート電解重合に成功し、その微細構造の解析や電子移動特性評価を行った。課題（２）については、電解メディアとして高濃度電解液を用いてバイポーラ電解重合を実施し、ファイバー構造を得ることに成功した。さらに電気化学発光分析により、得られた導電性高分子ファイバーは従来法で作製したものよりも高い導電性を有していることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】19F19769 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電気化学発光 / バイポーラ電気化学 / ルミノール / 導電性高分子 / 電解重合 / イメージング / 電位分布 / バイポーラ電極 / ルテニウム錯体

【研究成果の概要】

The combination of ECL and bipolar electrochemistry has resulted in a successful strategy to enrich the scientific knowledge of the research fellow regarding bipolar electrochemistry, and bipolar electrochemical systems in general. Indeed, in the research paper published in Analytical Chemistry, we have developed a simple and straightforward analytical tool to map the electrode potential established over a bipolar electrode, by imaging the location where the potential is suitable to trigger the luminescent reaction. Noteworthy, such analytical tool allows the quantification of the potential variation over the bipolar electrode when the geometry of the electrochemical cell or the positioning of the driving electrodes is varied, and also permits to monitor its evolution as a function of the total applied voltage. The strength of the method relies on the simplicity of use, because it can be readily adapted to any type of bipolar electrochemical configuration.
Another innovative approach explored during the collaborative research has been the use of different type of conducting polymer films as bipolar electrodes to generate the ECL emission from luminol and hydrogen peroxide in a wireless manner. The results of this research have been published in Electrochimica Acta journal as a part of the Special Issue of the 71st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry (ISE) held in 2020.

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2019-11-08 - 2022-03-31

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】グリーン・環境化学

【研究領域課題番号】17H03095 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイポーラ電気化学 / 電解合成 / グリーンケミストリー / 電気泳動 / 導電性高分子 / 電解重合 / ナノ構造 / 電解フッ素化 / フロー電解合成 / テンプレート合成 / 環境調和型合成 / テンプレート重合 / 導電性ネットワーク / ポリチオフェン / 高分子薄膜 / レドックス化学

【研究成果の概要】

本研究課題では、グリーンケミストリーの発展に資するバイポーラ電気化学の挑戦として、「低電解質濃度条件」およびそれに起因する「イオン種の電気泳動」に基づくサステイナブル電解合成法を開発することを目的とした。バイポーラ電解法は原理的に低電解質濃度条件が望ましいため、電解フッ素化における電解質使用量を大幅に削減できることを見出した。また、イオン種の電気泳動が関与するバイポーラ電解重合法を用いて、導電性高分子ファイバー構造やテンプレート重合によるナノシリンダー構造などを作製することに成功した。所期の目的を十分に達成するとともに、当初予想していなかった新しい方向に研究を発展させることができた。

【研究の社会的意義】

本研究は、バイポーラ電気化学の潜在的な特徴である低電解質濃度条件やイオン種の電気泳動に着目したものである。前者は従来の電解法の課題である電解質使用量の削減を達成するものであり、持続可能な開発目標の実現に資するグリーンな合成法の提案として意義深い。後者は導電性高分子材料開発における全く新しい視点であり、従来法では得られないナノ・マイクロ構造を簡便に得る手法として学術的に注目すべき手法であるとともに、得られる材料は高付加価値な機能材料として次世代のエレクトロニクス分野に貢献する可能性がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】26708013 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイポーラ電気化学 / 高分子材料 / ポリマーブラシ / 傾斜材料 / リビング重合 / 導電性高分子 / パターニング / 電解重合 / 高分子ファイバー / バイポーラパターニング / 導電性高分子コンデンサ / ワイヤレス電極 / ハイブリッド材料 / レドックス化学 / 表面修飾 / ポリチオフェン / バイポーラ電極 / 原子移動ラジカル重合 / 電解発生活性種

【研究成果の概要】

本研究課題では、バイポーラ電気化学の織りなす自在な電位分布を利用した種々の傾斜表面修飾、材料合成について検討した結果、傾斜ポリマーブラシや局所的電解めっき、導電性高分子ファイバー成長、パターニング応用といった多くの興味深い成果をあげることができた。さらに、交流バイポーラ電解法という新しい方法論を確立することに成功した。所期の目的を十分に達成するとともに、当初予想していなかった発見から新しい方向に研究を発展させることができた。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)

【研究分野】高分子合成

【研究領域課題番号】63470098 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

精密重合規制 / 分子デバイス / 異方導電性 / ラングミュア-ブロジェット膜 / 電解重合 / 積層構造 / 導電性高分子 / 両親媒性 / 超異方性導電性分子薄膜 / ラングミュアブロジェット法 / トポケミカル重合 / 有機電子材料 / 色素増感電子移動リレーシステム / 可視光リソグラフィ

【研究成果の概要】

超微細構造の構築は、種々の機能材料において機能集積化のみならず究極的な量子機能の発現も含めて、新しい機能を目標とする次世代素子である分子素子構築への道を開拓するものである。本研究では、電気的・光学的機能が期待される導電性高分子材料に超微細構造を設計・構築し、超異方性導電性に代表される構造特異的薄膜機能を実現することを目的とした。導電性高分子は、耐熱性、力学的強度、化学的耐久性などの性質に加えて、機能分子を導入できるマトリックスを提供するなど、超薄膜形成の観点からも重要な対象である。本研究の具体的方法とその成果を示す。1.ラングミュア・ブロジェット法により種々の基板上に累積可能な両親媒性ピロ-ル誘導体を合成し、電極上の累積膜を特異な電解重合によってトポケミカル重合を行い、積層構造を保持した導電性高分子LB膜を合成した。得られた導電性高分子LB膜の電導度異法性は100億倍におよんだ。2.この方法を一般化するために、LB膜の成膜対象をポリアニリン、ポリチオフェンに展開した。これらの場合も、重合体の有機溶媒可溶性に着目し、両親媒性ド-パントを複合化した軽置換型ポリピロ-ル重合体を電解重合によって合成し、この累積膜においても3桁におよぶ電導度異方性を実現した。また、高い導電性が期待できるポリチオフェンについても両親媒化をおこない、単分子膜・累積膜を形成することを明らかにした。以上の成果は、いずれも、導電性高分子の新規な超ミクロ機能構造体の道を拓くものであり、また、量子機能をはじめとする新しい機能材料の可能性を示唆するものである。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1988 - 1989

【配分額】5,100千円 (直接経費: 5,100千円)