宮武健治 MIYATAKE
Kenji
教授 1968. 8.17生
早稲田大学・理工・博・96修了／博士（工学・早稲田大学）
1.研究活動
専門分野: 高分子化学、有機工業化学
研究の位置付け
固体高分子形燃料電池用の新しい電解質膜の開発を目的として、 芳香族連鎖を主骨格とする炭化水素系高分子材料を中心に研究を行っている。これまでの具体的な成果は、
１．耐熱性向上 スルホン酸基、ホスホン酸基、 ホスフィン酸基を有する様々な新規芳香族ポリエーテル、ポリスルフィド、ポリイミド電解質を合成した。イオン性基の導入(置換位置・数、副反応抑制)を精密に制御し、複雑な構造を持つ芳香族高分子電解質の合成法を確立した。分子構造をと耐熱性の相関解明から、炭素‐イオン性基の結合エネルギーを増大させて、耐熱性を著しく向上(熱分解温度165→300℃以上)させる方法を見出した。
２．加水分解耐性 適度な分子長(4-6Å)の側鎖スペーサ(アルキル、フェニレン基)を導入すれば、水分子による主鎖への求核反応が抑制できることを明らかにし、 芳香族高分子電解質に耐加水分解性を付与する方法を見出した。
３．親水場の構築 嵩高い疎水基(フルオレニル基)を組み込んだポリイミド共重合膜において、含水量が疎水性の増加に伴って減少せず極大値を示す特異な現象を見出した。剛直主鎖と嵩高い疎水基によって形成される親水場(分子鎖間に水分子を閉じ込める空間)を実現した、初めての例である。
４．プロトン伝導特性 ナノサイズレベルの硬い骨格に閉じ込められた水分子は、100℃以上においても容易に蒸発しない。このため、高温での膜の保水力とプロトン伝導度が著しく向上し、高分子電解質膜におけるプロトン伝導度の世界最高値(120℃で1.7S/cm)を達成した。さらなる性能の向上と詳細な構造・物性解析、および燃料電池電解質膜としての評価を行っている。また、無加湿プロトン伝導、有機／無機ハイブリッド体などの研究にも取り組んでいる。
所属学会
１．耐熱性向上 スルホン酸基、ホスホン酸基、 ホスフィン酸基を有する様々な新規芳香族ポリエーテル、ポリスルフィド、ポリイミド電解質を合成した。イオン性基の導入(置換位置・数、副反応抑制)を精密に制御し、複雑な構造を持つ芳香族高分子電解質の合成法を確立した。分子構造をと耐熱性の相関解明から、炭素‐イオン性基の結合エネルギーを増大させて、耐熱性を著しく向上(熱分解温度165→300℃以上)させる方法を見出した。
２．加水分解耐性 適度な分子長(4-6Å)の側鎖スペーサ(アルキル、フェニレン基)を導入すれば、水分子による主鎖への求核反応が抑制できることを明らかにし、 芳香族高分子電解質に耐加水分解性を付与する方法を見出した。
３．親水場の構築 嵩高い疎水基(フルオレニル基)を組み込んだポリイミド共重合膜において、含水量が疎水性の増加に伴って減少せず極大値を示す特異な現象を見出した。剛直主鎖と嵩高い疎水基によって形成される親水場(分子鎖間に水分子を閉じ込める空間)を実現した、初めての例である。
４．プロトン伝導特性 ナノサイズレベルの硬い骨格に閉じ込められた水分子は、100℃以上においても容易に蒸発しない。このため、高温での膜の保水力とプロトン伝導度が著しく向上し、高分子電解質膜におけるプロトン伝導度の世界最高値(120℃で1.7S/cm)を達成した。さらなる性能の向上と詳細な構造・物性解析、および燃料電池電解質膜としての評価を行っている。また、無加湿プロトン伝導、有機／無機ハイブリッド体などの研究にも取り組んでいる。
所属学会
日本化学会、高分子学会、電気化学会、International
Society of Electrochemistry
研究業績 (1998年1月〜2004年6月)
学術論文
学会誌論文
1. Novel Synthesis of Linear Perfluorinated Poly(phenylene sulfide) from Aryl Sulfoxide（共著）, Macromolecules, 31 (1998) 403-407.
2. Novel Synthesis of Polyarylenesulfonium Cations through A Multi-Electron Transfer Process（共著）, Chinese Journal of Polymer Science, 16 (1998) 106-116.
3. Cyclic Arylene Sulfides: A Novel Synthesis and Ring-Opening Polymerization（共著）, Macromolecules, 31(1998), 6469-6475.
4. Superacidified Reaction of Sulfides and Esters for the Direct Synthesis of Sulfonium Derivatives (共著), The Journal of Organic Chemistry, 63 (1998) 7522-7524.
5. Syntheses of Semicrystalline Aromatic Poly(thioether thioether ketone)s (PTTK and PTBTK) and Their Copolymers with Ether Analogues (共著), Macromolecules, 32 (1999), 315-321.
6. Synthesis and Photochemical Reaction of Polyarylenesulfonium Salts（共著), Macromolecular Chemistry and Physics, 200 (1999) 1257-1267.
7. Synthesis of A Novel Oligo(p-phenylene) Ladder by Sulfide and Sulfonio Groups（共著), Macromolecules, 32 (1999), 3146-3149.
8. Nonaqueous Proton Conduction in Poly(thiophenylenesulfonic acid)/Poly(oxyethylene) Composite（共著), Chemistry of Materials, 11(1999) 1171-1173.
9. A Novel Electroactive Polyelectrolyte with Alternating Seleno- and Selenoniophenylene Units（共著), Macromolecules, 32 (1999), 4497-4499.
10. Synthesis and Functionalization of Bromomethylated Poly(phenylene sulfide)（共著), Macromolecular Chemistry and Physics, 200 (1999) 1930-1934.
11. Preparation and Properties of Polyaniline Doped with Poly (thiophenylenesulfonic acid)（共著), Macromolecular Chemistry and Physics, 200 (1999) 2597-2601.
12. Solubilization of Poly(phenylene sulfide) via Sulfonium Formation by Alkylation（共著), Macromolecules, 32 (1999), 8786-8790.
13. Proton-Conduction of Perfluorooctanesulfonic acid/Poly(propylene carbonate) Composites (共著), Chemistry Letters, (2000) 44-45.
14. Proton-Conduction in Poly(alkylenecarbonate)/Poly(thiophenylene sulfonic acid) Composites (共著), Polymers for Advanced Technologies, 11 (2000) 548-552.
15. Polymerization of Methyl Phenyl Sulfoxide under Acidic Conditions: Synthesis and X-ray Structure Analysis of a Phenylene Sulfonium Polymer（共著), Macromolecules, 34 (2001) 1172-1179.
16. Synthesis and Properties of Novel Sulfonated Aryl Ether / Fluorinated Alkane Copolymers（共著), Macromolecules, 34 (2001) 2065-2071.
17. Synthesis of Novel Ladder Polymer Electrolytes Bridged by Sulfonio and Imino Groups（共著), Macromolecules, 34 (2001) 2385-2388.
18. Synthesis of Novel Phosphinic Acid Containing Polymers（共著), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 39 (2001) 1854-1859.
19. High Molecular Weight Aromatic Polyformals Free of Macrocyclic Oligomers. A Condensative Chain Polymerization Reaction （共著), Macromolecules, 34 (2001) 4288-4290.
20. Novel Soluble and Fluorescent Poly(arylene ether)s Containing p-Quarterphenyl, 2,5-Bis(4-phenylphenyl) oxadiazole or 2,5-Bis(4-phenylphenyl)triazole Groups（共著), Macromolecules, 34 (2001) 5860-5867.
21. Synthesis and Properties of Poly(arylene ether)s Bearing Sulfonic Acid Groups on Pendant Phenyl Rings（共著), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 39 (2001) 3211-3217.
22. New Poly(arylene ether)s with Pendant Phosphonic Acid Groups （共著), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 39(2001) 3770-3779.
23. Synthesis and Thermal Properties of A Polysulfonium Salt with A Comb-Like Structure (共著), J. Macromol. Sci., Pure Appl. Chem. A38 (2001) 851-859.
24. New Poly(arylene ether)s with Pendant Phosphonic Acid Groups (共著), J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 39 (2001) 3770-3779.
25. Highly Proton Conductive Polyimide Electrolytes Containing Fluorenyl Groups (共著), Chem. Commun., (2003) 368-369.
26. Immiscible Polymers in Double Spin-Coated Electroluminescent Devices Containing Phenyl-Substituted Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum Derivatives Soluble in a Host Polymer (共著), J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 41, (2003) 3006-3016.
27. Synthesis and Properties of Novel Sulfonated Polyimides Containing 1,5-Naphthylene Moieties (共著), J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 41, (2003), 3901-3907.
28. Novel Sulfonated Poly(arylene ether): A Proton Conductive Polymer Electrolyte Designed for Fuel Cells (共著), Macromolecules, 36, (2003) 9691-9693.
29. Gas Diffusion Electrodes for Polymer Electrolyte Fuel Cells Using Novel Organic/Inorganic Hybrid Electrolytes (共著), Electrochemistry, 72, (2004) 232-237.
30. Proton Conductive Polyimide Electrolytes Containing Fluorenyl Groups: Synthesis, Properties and Branching Effect (共著), Macromolecules, 37,(2004) 4956-4960.
31. Proton Conductive Polyimide Electrolytes Containing Trifluoromethyl Groups: Synthesis, Properties and DMFC Performance (共著), Macromolecules, 37,(2004) 4961-4966.
2. Novel Synthesis of Polyarylenesulfonium Cations through A Multi-Electron Transfer Process（共著）, Chinese Journal of Polymer Science, 16 (1998) 106-116.
3. Cyclic Arylene Sulfides: A Novel Synthesis and Ring-Opening Polymerization（共著）, Macromolecules, 31(1998), 6469-6475.
4. Superacidified Reaction of Sulfides and Esters for the Direct Synthesis of Sulfonium Derivatives (共著), The Journal of Organic Chemistry, 63 (1998) 7522-7524.
5. Syntheses of Semicrystalline Aromatic Poly(thioether thioether ketone)s (PTTK and PTBTK) and Their Copolymers with Ether Analogues (共著), Macromolecules, 32 (1999), 315-321.
6. Synthesis and Photochemical Reaction of Polyarylenesulfonium Salts（共著), Macromolecular Chemistry and Physics, 200 (1999) 1257-1267.
7. Synthesis of A Novel Oligo(p-phenylene) Ladder by Sulfide and Sulfonio Groups（共著), Macromolecules, 32 (1999), 3146-3149.
8. Nonaqueous Proton Conduction in Poly(thiophenylenesulfonic acid)/Poly(oxyethylene) Composite（共著), Chemistry of Materials, 11(1999) 1171-1173.
9. A Novel Electroactive Polyelectrolyte with Alternating Seleno- and Selenoniophenylene Units（共著), Macromolecules, 32 (1999), 4497-4499.
10. Synthesis and Functionalization of Bromomethylated Poly(phenylene sulfide)（共著), Macromolecular Chemistry and Physics, 200 (1999) 1930-1934.
11. Preparation and Properties of Polyaniline Doped with Poly (thiophenylenesulfonic acid)（共著), Macromolecular Chemistry and Physics, 200 (1999) 2597-2601.
12. Solubilization of Poly(phenylene sulfide) via Sulfonium Formation by Alkylation（共著), Macromolecules, 32 (1999), 8786-8790.
13. Proton-Conduction of Perfluorooctanesulfonic acid/Poly(propylene carbonate) Composites (共著), Chemistry Letters, (2000) 44-45.
14. Proton-Conduction in Poly(alkylenecarbonate)/Poly(thiophenylene sulfonic acid) Composites (共著), Polymers for Advanced Technologies, 11 (2000) 548-552.
15. Polymerization of Methyl Phenyl Sulfoxide under Acidic Conditions: Synthesis and X-ray Structure Analysis of a Phenylene Sulfonium Polymer（共著), Macromolecules, 34 (2001) 1172-1179.
16. Synthesis and Properties of Novel Sulfonated Aryl Ether / Fluorinated Alkane Copolymers（共著), Macromolecules, 34 (2001) 2065-2071.
17. Synthesis of Novel Ladder Polymer Electrolytes Bridged by Sulfonio and Imino Groups（共著), Macromolecules, 34 (2001) 2385-2388.
18. Synthesis of Novel Phosphinic Acid Containing Polymers（共著), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 39 (2001) 1854-1859.
19. High Molecular Weight Aromatic Polyformals Free of Macrocyclic Oligomers. A Condensative Chain Polymerization Reaction （共著), Macromolecules, 34 (2001) 4288-4290.
20. Novel Soluble and Fluorescent Poly(arylene ether)s Containing p-Quarterphenyl, 2,5-Bis(4-phenylphenyl) oxadiazole or 2,5-Bis(4-phenylphenyl)triazole Groups（共著), Macromolecules, 34 (2001) 5860-5867.
21. Synthesis and Properties of Poly(arylene ether)s Bearing Sulfonic Acid Groups on Pendant Phenyl Rings（共著), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 39 (2001) 3211-3217.
22. New Poly(arylene ether)s with Pendant Phosphonic Acid Groups （共著), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 39(2001) 3770-3779.
23. Synthesis and Thermal Properties of A Polysulfonium Salt with A Comb-Like Structure (共著), J. Macromol. Sci., Pure Appl. Chem. A38 (2001) 851-859.
24. New Poly(arylene ether)s with Pendant Phosphonic Acid Groups (共著), J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 39 (2001) 3770-3779.
25. Highly Proton Conductive Polyimide Electrolytes Containing Fluorenyl Groups (共著), Chem. Commun., (2003) 368-369.
26. Immiscible Polymers in Double Spin-Coated Electroluminescent Devices Containing Phenyl-Substituted Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum Derivatives Soluble in a Host Polymer (共著), J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 41, (2003) 3006-3016.
27. Synthesis and Properties of Novel Sulfonated Polyimides Containing 1,5-Naphthylene Moieties (共著), J. Polym. Sci. A: Polym. Chem., 41, (2003), 3901-3907.
28. Novel Sulfonated Poly(arylene ether): A Proton Conductive Polymer Electrolyte Designed for Fuel Cells (共著), Macromolecules, 36, (2003) 9691-9693.
29. Gas Diffusion Electrodes for Polymer Electrolyte Fuel Cells Using Novel Organic/Inorganic Hybrid Electrolytes (共著), Electrochemistry, 72, (2004) 232-237.
30. Proton Conductive Polyimide Electrolytes Containing Fluorenyl Groups: Synthesis, Properties and Branching Effect (共著), Macromolecules, 37,(2004) 4956-4960.
31. Proton Conductive Polyimide Electrolytes Containing Trifluoromethyl Groups: Synthesis, Properties and DMFC Performance (共著), Macromolecules, 37,(2004) 4961-4966.
研究紹介・総説
1. 「新しいプロトン伝導高分子固体電解質への挑戦」、高分子、50 (2001) 44.
2. 「新しいプロトン伝導高分子電解質膜」(共著)、膜、3 (2002) 131-138.
3. 「高温安定型プロトン伝導性高分子固体電解質膜の合成」、高分子論文集、59
8 (2002) 460-473.
4. 「燃料電池用プロトン伝導性ポリイミドの開発」、次世代のエレクトロニクス・電子材料に向けた新しいポリイミドの開発と高機能付与技術、第5節
289-295 (2003).
学会発表等
1. Novel Polyimide Electrolyte Membranes for High Temperature PEFCs （共同）,
54th
Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry (2003)
(Sao Pedro, Brazil)
その他
２.教育活動
学部担当授業科目：物理化学第四、化学技術英語、工業電気化学実験大学院担当授業科目：機能性高分子設計特論、機能性高分子材料化学特論、自然機能開発研究第一、自然機能開発演習第一
