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イオン液体の開発と展望

(2003年「イオン性液体」普及版)

商品コード: B0856

  • 監修: 大野弘幸
  • 発行日: 2008年9月
  • 価格(税込): 3,888 円
  • 体裁: A5判,255ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0023-8

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刊行にあたって

 有機塩の中には常温でも結晶化せずに溶融しているものが存在する。近年、このような室温で液状の塩が注目を浴びている。これらの一群の塩は、高極性で、蒸気圧が無いなど、塩の特徴を有する液体であるため、従来の液体とはまったく異なる新規な物質群として学術的な興味を集めている。同時に、従来の有機溶媒の革新的な改革につながるとして、産業界でも重要な役割が期待されるようになってきた。一般的に塩と認識されている物質は本来固体の結晶で、非常に高温まで加熱しないと溶融しない。高温で溶融した塩の特性は古くから特定の分野で利用されていたものの、高温下でのみ使えるという使用条件が汎用化を阻んでいた。しかし、我々が生活する温度で液体の塩ができれば、従来の液体に代わって活躍する場は極めて多方面にわたる。
 この非常に興味深い特性を持つ物質は、常温溶融塩(Room Temperature Molten Salt)やイオン性液体(Ionic Liquid)など、さまざまな呼称が提案されているが、ここではイオン性液体と統一して呼ぶことにする。本書はこの興味深い一群の物質を総合的に理解し、利用するために、この分野で活躍するわが国の先端研究者が中心となり、総力を挙げて分担執筆したものであり、イオン性液体に関するわが国初の成書である。これらの物質群の特徴と重要性は、本書の随所にちりばめられているので、全体を読むことにより容易に理解でき、しかも多彩な応用展開につながる基幹材料であることに気付くであろう。近年、イオン性液体は主に反応溶媒として評価がなされるようになってきた。グリーンケミストリーとしての展開もきわめて興味深いものであるが、本書ではあえて機能性溶媒としての展開を中心にはしていない。むしろ電解質としての評価と可能性に重点を置いた。このような視点からイオン性液体を総合的に解説したものは無く、今までにない新しい切り口でイオン性液体を解析した多くの事例を集めた本書が、イオン性液体の新しい展開につながることを願っている。

2002年11月  東京農工大学 教授  大野弘幸

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2003年に『イオン性液体―開発の最前線と未来―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりません。したがって、刊行当時は学会内でも用語統一されていなかったため、「イオン液体」と「イオン性液体」の両方が混在して使われていることをご了承ください。

2008年9月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

大野弘幸   (現)東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
萩原理加   (現)京都大学 エネルギー科学研究科 教授
宇恵 誠   三菱化学(株) 科学技術研究センター 電化研究所 所長
         (現)三菱化学(株) イノベーションセンター フェロー
菅 孝剛   関東化学(株) 試薬事業本部 技術部 技術課 主任
小澤亮介   東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻
林  賢   東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻
         (現)関東電化工業(株) 新材料研究所
濵口宏夫   東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授
C.Austen Angell   Department of Chemistry and Biochemistry、 Arizona State University
Wu Xu   Department of Chemistry and Biochemistry、 Arizona State University
吉澤正博   東京農工大学 工学部 博士研究員
Akitoshi Hayashi   Department of Chemistry and Biochemistry、 Arizona State University
JeanPhilippe Belieres   Department of Chemistry and Biochemistry、 Arizona State University
松本 一   (独)産業技術総合研究所 関西センター 生活環境系特別研究体 研究員
         (現)(独)産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門 主任研究員
渡邉正義   (現)横浜国立大学 大学院工学研究院 教授
北爪智哉   (現)東京工業大学 大学院生命理工学研究科 教授
塩谷光彦   (現)東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授
平岡秀一   (現)東京大学 大学院理学系研究科 准教授
君塚信夫   (現)九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授
中嶋琢也   九州大学 大学院工学府物質創造工学専攻
         (現)奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教
荻原 航   東京農工大学 工学部
水雲智信   (現)東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 助教
斎藤軍治   (現)京都大学 大学院理学研究科 教授
Maria Forsyth   School of Physics and Materials Engineering、 Monash University
Jenny Pringle   School of Chemistry、 Monash University
Douglas MacFarlane   School of Chemistry、 Monash University
吉尾正史   東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 助手
加藤隆史   東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 教授
西村直美   東京農工大学 工学部

 執筆者の所属表記は、注記以外は2003年当時のものを使用しております。

目次

第1章 イオン性液体の重要性と展望

1. イオン性液体
2. イオン性液体の重要性
3. イオン性液体の展望

第2章 イオン性液体の合成
1. アニオン交換法

2. 酸エステル法
2.1 はじめに
2.2 四級アンモニウム塩の製造法
2.3 酸エステル法
2.4 炭酸エステル法
2.5 錯形成法
2.6 おわりに

3. 中和法
3.1 簡便な合成法の必要性
3.2 中和法
3.3 イオン種の効果
3.4 熱的特性とイオン伝導度の関係
3.5 イオン性液体のモデル
3.6 展望

4. 試薬として入手可能なイオン性液体
4.1 イオン性液体の物性値
4.2 市販品のイオン性液体のタイプ
4.3 品質保証内容
4.4 包装単位および価格
4.5 取り扱いの注意
4.6 温度変化による粘性

第3章 イオン性液体の物理化学
1. イオン性液体の構造
1.1 1-エチル-3-メチルイミダゾリウム塩の構造と水素結合
1.2 1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩の振動分光による構造解析
1.3 イオン性液体の表面構造
1.4 計算機シミュレーションによるイオン性液体の構造

2. イオン性液体の輸送特性と蒸気圧の関係及びフラジリティ
2.1 緒言
2.2 低蒸気圧と伝導度の相関
2.3 流動度とフラジリティ
(1) 凝集とガラス転移
(2) 流動度とフラジリティ
2.4 結論

3. 極性評価
3.1 はじめに
3.2 Reichardt's dyeを用いたイオン性液体のアクセプター性の評価
3.3 [Cu(acac)(tmen)]+BPh4-を用いたイオン性液体のドナー性の評価
3.4 誘電率の推定
3.5 おわりに

4. イオン拡散係数
4.1 はじめに
4.2 イオン性液体の構造と熱的性質
4.3 密度とモル濃度
4.4 イオン性液体中でのイオン拡散挙動
4.5 粘性率と拡散係数の関係
4.6 モル導電率
4.7 おわりに

第4章 機能性溶媒としてのイオン性液体
1. イオン性液体の反応場への適用
1.1 はじめに
1.2 アリル化反応
1.3 酸化反応
1.4 アザ・ディールス・アルダー反応
1.5 オレフィン合成
1.6 高温化でのいくつかの反応
1.7 マイケル付加反応
1.8 金属試薬の調製と反応

2. 分離・抽出溶媒
2.1 はじめに
2.2 イオン性液体を利用した液‐液抽出
2.3 分離能力を兼ね備えた反応溶媒としてのイオン性液体の利用
2.4 超臨界CO2を利用したイオン性液体の分離

3. イオン性液体中の光化学反応
3.1 イオン性液体の分光学的純度
3.2 イオン性液体中での有機光化学
3.3 イオン性液体中での光励起過度種のダイナミクス
3.4 イオン性液体の溶媒和ダイナミクス
3.5 イオン性液体中でのトランススチルベンの光異性化反応
3.6 今後の展望

4. イオン性液体中における分子組織体の形成
4.1 はじめに
4.2 親媒性、疎媒性を有する両親媒性物質による分子集合体の形成
4.3 イオン性液体中におけるミセル、液晶の形成
4.4 親糖性を有するイオン性液体の開発と糖脂質による二分子膜ならびにイオノゲル形成
4.5 イオン性両親媒性化合物による二分子膜の形成
4.6 汎用性イオン性液体中における二分子膜、ならびに分子組織性イオノゲルの形成
4.7 おわりに

第5章 イオン性液体の機能設計
1. Zwitterionic Liquids

2. アルカリ金属イオン性液体
2.1 トリプルイオン型イミダゾリウム塩
2.2 アルカリ金属イオン性液体

3. ポリエーテル/塩ハイブリッド
3.1 もう1つのイオン性液体
3.2 ポリエーテル/塩ハイブリッドの特徴
3.3 イオン伝導性向上への努力
3.4 ポリエーテル/塩ハイブリッドのシングルイオン伝導性と固相化
3.5 最近の展開
3.6 おわりに

4. 電子伝導性および磁性イオン性液体
4.1 はじめに
4.2 中性DA型錯体
4.3 低融点陽イオンラジカル塩
4.4 低融点TCNQ陰イオンラジカル塩
4.5 低融点遷移金属磁性体

5. 有機プラスチッククリスタル中のイオン伝導
5.1 はじめに
5.2 プラスチッククリスタル相の研究背景
5.3 イオン性プラスチッククリスタルの合成と熱的評価
5.4 有機イオン性プラスチッククリスタル中の導電性
5.5 プラスチッククリスタル相中の移動メカニズム
5.6 おわりに

6. 液晶型イオン性液体
6.1 はじめに
6.2 イオン性液体の自己組織化
6.2.1 液晶性発現
6.2.2 異方的イオン伝導性発現
6.3 イオン性液体の化学修飾による液晶化
6.4 おわりに

7. 非ハロゲン系イオン性液体

第6章 イオン性液体の高分子化
1. イオンゲル
1.1 はじめに
1.2 新しい溶媒:イオン性液体
1.3 イオン性液体中でのビニルモノマーのその場重合によるイオンゲルの合成
1.4 イオンゲル中のイオン輸送
1.5 おわりに

2. Zwitterionic Liquid/ポリマーゲル

3. 両性電解質型ポリマー
3.1 コポリマー
3.2 Zwitterionic型ポリマー
3.3 展望

4. シングルイオン伝導性ポリマー
4.1 ポリカチオン型
4.2 ポリマーブラシ
4.3 ポリアニオン型
4.4 展望

5. DNAのイオン性液体化
5.1 はじめに
5.2 DNA
5.3 核酸塩基のイオン性液体化
5.4 DNAのイオン性液体化
5.5 マトリックスとしてのDNA利用
5.6 将来展望

第7章 イオニクスデバイスへの展開
1. リチウムイオン電池
1.1 はじめに
1.2 リチウム電池の電解質
1.3 イオン性液体の電気化学特性
1.3.1 電気化学安定性
1.3.2 粘性・導電率
1.4 イオン性液体のリチウム電池電解質としての可能性
1.4.1 負極に関する研究
1.4.2 リチウム電池システムを構築した研究
1.5 おわりに

2. 太陽電池
2.1 はじめに
2.2 湿式太陽電池の概要
2.3 クロロアルミネート系イオン性液体を用いた湿式太陽電池
2.4 非クロロアルミネート系イオン性液体を用いた色素増感太陽電池
2.4.1 フッ素含有アニオンからなるイオン性液体
2.4.2 ヨウ化物系イオン性液体を用いた色素増感太陽電池
2.4.3 長期安定性評価
2.5 おわりに

3. キャパシタ
3.1 はじめに
3.2 イオン性液体の基本物性
(1) 電気伝導率
(2) 分解電圧
(3) 電気二重層容量
3.3 イオン性液体の電気二重層キャパシタへの応用
(1) 試験セルの作成と特性評価法
(2) 容量と内部抵抗
(3) 低温特性
(4) 寿命特性
(5) 容量の電圧依存性
(6) エネルギー密度
3.4 おわりに

4. その他のデバイス
4.1 はじめに
4.2 無加湿中温型燃料電池用電解質としてのイオン性液体
4.3 導電性高分子を用いたアクチュエータへのイオン性液体の適用
4.4 おわりに

第8章 将来展望
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