材料科学：イオン溶媒和ケージを持つポリマー膜の多様性指向型合成

微多孔質ポリマーは形状持続性の自由体積要素（FVE）を特徴とし、化学分離、水質浄化、燃料電池、バッテリー用の膜として用いた際は、小さな分子やイオンを透過させる。分析物特異性があるFVEの特定は、その特性をスクリーニングできるほど十分に多様なポリマーの合成が困難なことから、いまだ課題となっている。今回我々は、リチウムイオン（Li⁺）の溶媒和ケージとして機能するFVEを特徴とする候補を特定するための、微多孔質ポリマー膜の多様性指向型合成戦略について報告するた。この戦略には、マンニッヒ反応によるビス(カテコール)モノマーの多様化によるFVE内へのLi⁺配位官能基の導入、FVEをネットワーク化してさまざまな細孔構造を形成するためのトポロジー強制重合、細孔形状と誘電特性を多様化するためのいくつかのポリマー上反応が含まれる。イオン溶媒和ケージを特徴とする最も有望な候補膜は、FVEが非特異的な対照膜よりも高いイオン伝導率と高いカチオン輸率を示した。これは、イオン輸送に関する膜の透過性と選択性に関する従来の限界を克服できることを示している。こうした利点は、ケージが存在すると電解質からのLi⁺分配が向上すること、細孔内アニオンの拡散障壁が高くなること、そして、実際に機能するイオンの有効質量を低下させるバルク電解質と比べて、ネットワークに強制されてLi⁺配位数が制限されることと関係している。そうした膜は、高電圧リチウム金属電池におけるアノード安定化中間層として有望である。

目次へ戻る