申請者らが独立に開発した酸素還元高分子錯体触媒を活用して、常温下でも作動するの高分子燃料電池を目指した酸素極の開発を目的とし、新しいπ共役高分子錯体を合成し、性能を評価した。
プロトン貯蔵型π共役高分子に集積させた高分子錯体触媒を調整するため、酸化還元電位を制御した各種ポリマーを合成した。カルボキシ基を有するポリアニリンは自己ドープ型の共役高分子として、従来の共役高分子に較べ幅広いpH領域(pH=0〜7)で安定な酸化還元応答を示す事が明かとなった。
カルボキシル基をもつポリ(アミノフタル酸)が極めて高い効率で電子媒体として働くことが判明したので、モノマーの精密合成を行い、ポリマーの大量合成を実施した。得られた高分子にコバルトポルフィリン2核錯体を混合し高分子錯体を得た。高分子鎖のモノマー2ユニットに錯体が配位すると、効率の高い触媒能を示すことを突き止めた。サイクリックボルタメトリーにて酸素還元の触媒電流が観測、定量的な解析を更に推し進めて最も効率の高いπ共役高分子複合錯体を確定した。π共役高分子複合錯体の被覆電極で酸素還元を実施、回転リングディスクボルタンメトリーのKoutecky-Levich Plotから電子数4と水生成90%以上を確認できた。
高い酸化還元電位を有するポリフェニレン誘導体では4電子移動は生起せず、2電子還元に留まる。コバルトポルフィリンとの自由エネルギー変化ΔGの増加と共に急激に4電子還元効率が減少、電子移動速度の低下により酸素の拡散による散逸に支配されるので、2電子移動のみによるH2O2を優先的に進行することが明かとなった。
コバルトポルフィリンと高分子マトリックスの電位を一致させると、効率の高い酸素電極として機能することが明かとなった。