テクノロジー?材料
有机固体电解质中のプロトン伝导メカニズムを解明?高効率な燃料电池の设计指针に?
（Image by Alexander Kirch/Shutterstock）水素エネルギーを利用する燃料电池は、电解质上をプロトン（贬+）が伝导することにより动作するもので、効率的なクリーンエネルギーシステムとして注目されています。しかしプロトンは非常に小さく軽いため、位置や动きを実験的に観测するのが难しく、伝导メカニズムはよく分かっていませんでした。
本研究では、水分子を含まない无水プロトン伝导物质として、コハク酸とイミダゾールから成るプロトン伝导性有机结晶（コハク酸イミダゾリウム）を対象に、分子中のプロトンの位置や动きを可视化し、分子レベルでのプロトン伝导メカニズムを解明することに成功しました。理论计算と実験を组み合わせ、结晶内のプロトン伝导が関わる「分子构造変化」、「分子运动」、「プロトン移动」の関係性を调べたところ、结晶内での整列された分子构造中で、イミダゾール分子の回転运动とイミダゾール-コハク酸间のプロトン移动が连动することによって、结晶内で効率的にプロトンが输送していく様子が明らかになりました。
今回の结果から、燃料电池の固体电解质材料として、高いプロトン伝导性を示す无水プロトン伝导物质を设计するためには、分子の回転运动やプロトン移动を効率的に引き起こす材料の探索が重要であることが示唆されました。
笔顿贵资料
プレスリリース研究代表者
筑波大学计算科学研究センター金沢大学理工研究域物质化学系
井田 朋智 准教授