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JP2023037179A - Method for producing polymer, polymer, electrolyte membrane, fuel cell, and electrolysis device - Google Patents

Method for producing polymer, polymer, electrolyte membrane, fuel cell, and electrolysis device Download PDF

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JP2023037179A
JP2023037179A JP2021143772A JP2021143772A JP2023037179A JP 2023037179 A JP2023037179 A JP 2023037179A JP 2021143772 A JP2021143772 A JP 2021143772A JP 2021143772 A JP2021143772 A JP 2021143772A JP 2023037179 A JP2023037179 A JP 2023037179A
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JP
Japan
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group
polymer
electrolyte membrane
aromatic ring
following formula
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Application number
JP2021143772A
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Japanese (ja)
Inventor
猛央 山口
Takehisa Yamaguchi
将史 宮西
Masashi Miyanishi
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Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

【課題】高分子量のポリマーが得られるポリマーの製造方法、当該製造方法により得られるポリマー、当該ポリマーを用いた化学的耐久性に優れた電解質膜、当該電解質膜を用いた燃料電池並びに電解装置を提供すること。【解決手段】下記式(1)で表される構成単位を含むポリマーの製造方法であって、2種の特定構造をもつ化合物の組合せを、特定の触媒存在下で反応させることを含む、ポリマーの製造方法。TIFF2023037179000022.tif1147ただし、Ar1はイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、Ar2は芳香環を含む基である。【選択図】図1Kind Code: A1 A method for producing a polymer by which a polymer having a high molecular weight is obtained, a polymer obtained by the production method, an electrolyte membrane having excellent chemical durability using the polymer, and a fuel cell and an electrolyzer using the electrolyte membrane. provide. A method for producing a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1), comprising reacting a combination of two compounds having specific structures in the presence of a specific catalyst. manufacturing method. TIFF2023037179000022.tif1147 where Ar1 is a group containing an aromatic ring having an ion exchange group, and Ar2 is a group containing an aromatic ring. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、ポリマーの製造方法、ポリマー、電解質膜、燃料電池、及び電解装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a polymer, a polymer, an electrolyte membrane, a fuel cell, and an electrolyser.

固体高分子形燃料電池、固体アルカリ燃料電池などの各種燃料電池や、水電解等の各種電解技術には、電解質膜、及び電解質アイオノマーが用いられている。当該電解質膜は、イオン伝導性に優れるとともに、長期的な使用に耐えうる化学的及び機械的な耐久性が求められる。また、電解質アイオノマーには高い化学耐久性と共に、高い燃料ガス透過性が求められる。 Electrolyte membranes and electrolyte ionomers are used in various fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells and solid alkaline fuel cells, and in various electrolysis techniques such as water electrolysis. The electrolyte membrane is required to have excellent ionic conductivity as well as chemical and mechanical durability to withstand long-term use. In addition, electrolyte ionomers are required to have high fuel gas permeability as well as high chemical durability.

本発明者らは、特許文献1において、膨潤耐性が高く、イオン交換基を高密度に集積したプロトン伝導度の高い電解質膜用のプロトン伝導性材料として、特定の親水部と、特定の疎水部とを有し、前記親水部及び前記疎水部の少なくとも一方に特定の環式化合物を含む繰り返し単位を有するプロトン伝導性材料を開示している。当該プロトン伝導性材料は、エーテル結合を介して親水部と疎水部が結合された構造を有する。
主鎖にエーテル結合を有するプロトン伝導性材料は、特にアルカリ環境下においてエーテル結合が開裂して劣化するという課題があった。
The present inventors have disclosed in Patent Document 1 that a specific hydrophilic portion and a specific hydrophobic portion are used as a proton conductive material for an electrolyte membrane having high swelling resistance and high proton conductivity in which ion exchange groups are densely accumulated. and a repeating unit containing a specific cyclic compound in at least one of the hydrophilic portion and the hydrophobic portion. The proton conductive material has a structure in which a hydrophilic portion and a hydrophobic portion are linked via an ether bond.
A proton conductive material having an ether bond in its main chain has a problem that the ether bond is cleaved and degraded particularly in an alkaline environment.

本発明者らは特許文献2において、主鎖にエーテル結合を含まないポリマー及びその製造方法を開示している。特許文献2のポリマーを用いた電解質膜は化学的耐久性及び膜強度に優れている。 In Patent Document 2, the present inventors disclose a polymer containing no ether bond in its main chain and a method for producing the same. The electrolyte membrane using the polymer of Patent Document 2 is excellent in chemical durability and membrane strength.

特開2016-44242号公報JP 2016-44242 A 特開2021-42351号公報JP 2021-42351 A

特許文献2のポリマーの製造方法によれば比較的高分子量のポリマーを製造することができる。一方、特許文献2のポリマーはフッ素置換された芳香族化合物を原料として用いることから、フッ素原子を比較的多く含んでいる。
本発明者らはSDGsなどの観点から、ポリマーのリサイクルなどを考慮してフッ素原子を含まないポリマーの製造方法を検討した。しかしながら、例えば、フッ素原子を有しない芳香族化合物を用いて特許文献2の製造法工程を適用した場合は、比較的小さい分子量のポリマーしか得られなかった。膜の強度等の観点から分子量の大きいポリマーを製造することが求められる。
According to the method for producing a polymer disclosed in Patent Document 2, a polymer having a relatively high molecular weight can be produced. On the other hand, since the polymer of Patent Document 2 uses a fluorine-substituted aromatic compound as a raw material, it contains a relatively large amount of fluorine atoms.
From the viewpoint of SDGs and the like, the present inventors have investigated a method for producing a polymer that does not contain a fluorine atom, taking recycling of the polymer into consideration. However, for example, when an aromatic compound having no fluorine atom was used and the manufacturing method steps of Patent Document 2 were applied, only a polymer with a relatively small molecular weight was obtained. From the viewpoint of film strength, etc., it is required to produce a polymer having a large molecular weight.

本発明は高分子量のポリマーが得られるポリマーの製造方法、当該製造方法により得られるポリマー、当該ポリマーを用いた化学的耐久性に優れた電解質膜、当該電解質膜を用いた燃料電池並びに電解装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a method for producing a polymer by which a polymer having a high molecular weight can be obtained, a polymer obtained by the production method, an electrolyte membrane having excellent chemical durability using the polymer, and a fuel cell and an electrolyzer using the electrolyte membrane. intended to provide

本発明に係るポリマーの製造方法は、
下記式(1)で表される構成単位を含むポリマーの製造方法であって、
下記式(2A)で表される化合物と下記式(3A)で表される化合物とを、又は、
下記式(2B)で表される化合物と下記式(3B)で表される化合物とを、
下記式(4)で表される触媒存在下で反応させることを含む。

Figure 2023037179000002
ただし、
Arはイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、
Arは芳香環を含む基であり、
Arはハロゲノ基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基、カルボン酸エステル基、イミダゾール基及びアミノ基より選択される官能基を有する芳香環を含む基であり、
及びXは、各々独立に、Br又はIであり、
及びRは、各々独立に、-B(OH)、-B(OR11、-BF11、又は、ボロン酸MIDAエステルであり、
11は、置換基を有していてもよいアルキル基であって、2つのR11が連結して環構造を形成してもよく、
11は1価のカチオンであり、
Lは、ホスフィン配位子である。 The method for producing the polymer according to the present invention comprises:
A method for producing a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1),
A compound represented by the following formula (2A) and a compound represented by the following formula (3A), or
A compound represented by the following formula (2B) and a compound represented by the following formula (3B),
It includes reacting in the presence of a catalyst represented by the following formula (4).
Figure 2023037179000002
however,
Ar 1 is a group containing an aromatic ring with an ion exchange group,
Ar 2 is a group containing an aromatic ring,
Ar 3 is a group containing an aromatic ring having a functional group selected from a halogeno group, a sulfonate group, a phosphate group, a carboxylate group, an imidazole group and an amino group;
X 1 and X 2 are each independently Br or I;
R 1 and R 2 are each independently -B(OH) 2 , -B(OR 11 ) 2 , -BF 3 X 11 , or MIDA boronic acid ester;
R 11 is an optionally substituted alkyl group, and two R 11 may be linked to form a ring structure,
X 11 is a monovalent cation,
L is a phosphine ligand.

上記製造方法の一実施形態は、前記反応を塩基存在下で行う。 In one embodiment of the production method, the reaction is carried out in the presence of a base.

上記製造方法の一実施形態は、前記反応時、前記触媒がL-PdClとして作用する。 In one embodiment of the above production method, the catalyst acts as L-PdCl during the reaction.

上記製造方法の一実施形態は、前記ホスフィン配位子が、トリ-tert-ブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、及び、2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,4’,6’-トリイソプロピルビフェニルより選択される1種以上である。 In one embodiment of the above production method, the phosphine ligands are tri-tert-butylphosphine, triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, and 2-dicyclohexylphosphino-2′,4′,6′-triisopropyl It is one or more selected from biphenyl.

本発明に係るポリマーは、下記式(1)で表される構成単位を含み、重量平均分子量が100,000以上である。

Figure 2023037179000003
ただし、
Arはイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、
Arは芳香環を含む基である。 The polymer according to the present invention contains a structural unit represented by the following formula (1) and has a weight average molecular weight of 100,000 or more.
Figure 2023037179000003
however,
Ar 1 is a group containing an aromatic ring with an ion exchange group,
Ar 2 is a group containing an aromatic ring.

上記ポリマーの一実施形態は、フッ素原子を有しない。 One embodiment of the polymer has no fluorine atoms.

本発明は、上記本発明に係るポリマーを有する電解質膜を提供する。
また本発明は、上記本発明に係る電解質膜を備える燃料電池及び電解装置を提供する。
The present invention provides an electrolyte membrane comprising the polymer according to the present invention.
The present invention also provides a fuel cell and an electrolyzer comprising the electrolyte membrane according to the present invention.

本発明により、高分子量のポリマーが得られるポリマーの製造方法、当該製造方法により得られるポリマー、当該ポリマーを用いた化学的耐久性に優れた電解質膜、当該電解質膜を用いた燃料電池並びに電解装置が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a polymer production method for obtaining a polymer having a high molecular weight, a polymer obtained by the production method, an electrolyte membrane excellent in chemical durability using the polymer, a fuel cell and an electrolysis apparatus using the electrolyte membrane is provided.

ポリマーの製造方法の一例を示すスキームである。It is a scheme which shows an example of the manufacturing method of a polymer. 膨潤及びイオン伝導特性の評価結果を示す表及びグラフである。4 is a table and a graph showing evaluation results of swelling and ionic conduction properties. アルカリ耐久性の評価結果を示すNMRスペクトルである。It is an NMR spectrum which shows the evaluation result of alkali durability.

以下、本発明に係るポリマーの製造方法等について、ポリマー、分離膜、電解質膜、燃料電池、及び電解装置について詳細に説明する。
なお、本発明において「ポリマー」は、特に断りがない限り「コポリマー」を含むものとする。
本発明において「イオン交換基」とは、解離性を有しイオン交換が可能な官能基を示す。
本発明において数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
本明細書において「式(1)で表される構成単位」を「構成単位(1)」と記すことがある。他の式で表される構成単位もこれに準ずる。
本明細書において「式(2A)で表される化合物」を「化合物(2A)」と記すことがある。他の式で表される化合物、置換基等もこれに準ずる。
In the following, the polymer, separation membrane, electrolyte membrane, fuel cell, and electrolyzer, as well as the method for producing the polymer according to the present invention, will be described in detail.
In the present invention, "polymer" includes "copolymer" unless otherwise specified.
In the present invention, the term "ion exchange group" refers to a dissociative functional group capable of ion exchange.
In the present invention, "-" indicating a numerical range means that the numerical values described before and after it are included as a lower limit and an upper limit.
In this specification, the "structural unit represented by formula (1)" may be referred to as "structural unit (1)". Structural units represented by other formulas also conform to this.
In this specification, the "compound represented by formula (2A)" may be referred to as "compound (2A)". Compounds, substituents, etc. represented by other formulas also follow this.

1.ポリマーの製造方法、及びポリマー
本発明に係るポリマーの製造方法(以下、本製造方法ともいう)は、
下記式(1)で表される構成単位を含むポリマーの製造方法であって、
下記式(2A)で表される化合物と下記式(3A)で表される化合物とを、又は、
下記式(2B)で表される化合物と下記式(3B)で表される化合物とを、
下記式(4)で表される触媒存在下で反応させることを含む。

Figure 2023037179000004
ただし、
Arはイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、
Arは芳香環を含む基であり、
Arはハロゲノ基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基、カルボン酸エステル基、イミダゾール基及びアミノ基より選択される官能基を有する芳香環を含む基であり、
及びXは、各々独立に、Br又はIであり、
及びRは、各々独立に、-B(OH)、-B(OR11、-BF11、又は、ボロン酸MIDAエステルであり、
11は、置換基を有していてもよいアルキル基であって、2つのR11が連結して環構造を形成してもよく、
11は1価のカチオンであり、
Lは、ホスフィン配位子である。 1. Method for Producing Polymer and Polymer The method for producing a polymer according to the present invention (hereinafter also referred to as the present production method) comprises:
A method for producing a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1),
A compound represented by the following formula (2A) and a compound represented by the following formula (3A), or
A compound represented by the following formula (2B) and a compound represented by the following formula (3B),
It includes reacting in the presence of a catalyst represented by the following formula (4).
Figure 2023037179000004
however,
Ar 1 is a group containing an aromatic ring with an ion exchange group,
Ar 2 is a group containing an aromatic ring,
Ar 3 is a group containing an aromatic ring having a functional group selected from a halogeno group, a sulfonate group, a phosphate group, a carboxylate group, an imidazole group and an amino group;
X 1 and X 2 are each independently Br or I;
R 1 and R 2 are each independently -B(OH) 2 , -B(OR 11 ) 2 , -BF 3 X 11 , or MIDA boronic acid ester;
R 11 is an optionally substituted alkyl group, and two R 11 may be linked to form a ring structure,
X 11 is a monovalent cation,
L is a phosphine ligand.

本製造方法は、ハロゲン化アリールである化合物(2A)又は化合物(2B)と、有機ホウ素化合物である化合物(3A)又は化合物(3B)とを、上記触媒(4)存在下で反応させることを特徴とする。当該触媒(4)を用いることでフッ素置換された芳香族化合物を原料とすることなく、比較的高分子量のポリマーを製造することができる。
本製造方法によれば、例えば、ArとArとが交互に配置された直鎖状のポリマーであって、主鎖にエーテル結合を有さず、ポリマー内にフッ素原子を有さず、重量平均分子量が100,000以上のポリマーを得ることができる。
以下本製造方法の各構成について説明する。
The production method comprises reacting compound (2A) or compound (2B), which is an aryl halide, with compound (3A) or compound (3B), which is an organoboron compound, in the presence of the catalyst (4). Characterized by By using the catalyst (4), a polymer having a relatively high molecular weight can be produced without using a fluorine-substituted aromatic compound as a raw material.
According to the present production method, for example, a linear polymer in which Ar 1 and Ar 2 are alternately arranged, having no ether bond in the main chain and no fluorine atom in the polymer, Polymers with a weight average molecular weight of 100,000 or more can be obtained.
Each configuration of this manufacturing method will be described below.

上記各式中のArはイオン交換基を置換基として有する芳香環を含む基である。Arがポリマーの主鎖を構成する芳香環を含むことで、本ポリマーは化学的耐久性及び成膜後の機械強度に優れている。またArのイオン交換基は本ポリマーのイオン伝導性に寄与する。 Ar 1 in each of the above formulas is a group containing an aromatic ring having an ion exchange group as a substituent. Since Ar 1 contains an aromatic ring that constitutes the main chain of the polymer, this polymer is excellent in chemical durability and mechanical strength after film formation. The Ar 1 ion-exchange group also contributes to the ionic conductivity of the polymer.

本ポリマーにプロトン伝導性を付与する場合には、イオン交換基は酸性基を含むことが好ましく、酸性基は、中でも、スルホン酸基(-SOH基)、リン酸基(-HPO基)、又はカルボン酸基(-COOH基)が好ましく、スルホン酸基がより好ましい。なお、上記酸性基のHはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等で置換されていてもよい。
また、本ポリマーにアニオン伝導性を付与する場合には、イオン交換基は、4級アンモニウム基又はイミダゾリウム基を含むことが好ましく、4級アンモニウム基がより好ましい。前記4級アンモニウム基は、さらにアルカリ耐久性の観点から、4級アルキルアンモニウム基が好ましい。なお、当該4級アルキルアンモニウム基は、窒素原子に結合するアルキル基同士が結合して環構造を形成しているものも含むものであり、例えば、アザアダマンチル基、キヌクリジニウム基などであってもよい。
上記4級アンモニウム基の好ましい具体例としては下記式(e-1)~式(e-8)で表される基が挙げられる。また、イミダゾリウム基の好ましい具体例としては下記式(f-1)で表される基が挙げられ、更に、下記式(f-2)で表される基又は下記式(f-3)で表される基がより好ましい。
When imparting proton conductivity to the present polymer , the ion exchange group preferably contains an acidic group. 4 groups), or a carboxylic acid group (--COOH group), more preferably a sulfonic acid group. Incidentally, H in the acidic group may be substituted with an alkali metal ion, an alkaline earth metal ion, or the like.
When imparting anion conductivity to the present polymer, the ion exchange group preferably contains a quaternary ammonium group or an imidazolium group, more preferably a quaternary ammonium group. The quaternary ammonium group is preferably a quaternary alkylammonium group from the viewpoint of alkali durability. The quaternary alkylammonium group includes those in which alkyl groups bonded to nitrogen atoms are bonded to each other to form a ring structure, and may be, for example, an azaadamantyl group, a quinuclidinium group, or the like. .
Preferred specific examples of the quaternary ammonium group include groups represented by the following formulas (e-1) to (e-8). Further, preferred specific examples of the imidazolium group include a group represented by the following formula (f-1), furthermore, a group represented by the following formula (f-2) or a group represented by the following formula (f-3) are more preferred.

Figure 2023037179000005
Figure 2023037179000005

Figure 2023037179000006
式中、Rは、各々独立に、炭素数1~6の、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、Rは、各々独立に、水素原子、炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のアルキル基、若しくは、置換基を有していてもよい芳香族基であり、Aは1価又は2価以上のアニオンであり、R又はRが複数ある場合、当該複数あるR又はRは各々同一であっても異なっていてもよい。なお、式中の波線は、Ar中の芳香環側に結合する結合手を示す。
Figure 2023037179000006
In the formula, each R e is independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and each R f is independently a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A chain or branched alkyl group, or an optionally substituted aromatic group, A - is a monovalent or divalent or higher valent anion, and when there are a plurality of R e or R f , The plurality of R e or R f may be the same or different. The wavy line in the formula indicates a bond that bonds to the aromatic ring side in Ar1 .

上記Rにおけるアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。上記Rにおけるアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、Rにおける芳香族基としてはフェニル基等が挙げられ、フェニル基の置換基として炭素数1~6のアルキル基などが挙げられる。 Specific examples of the alkyl group for R e above include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group and a cyclohexyl group. Specific examples of the alkyl group for R f above include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. In addition, examples of the aromatic group for R f include a phenyl group and the like, and examples of a substituent for the phenyl group include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

上記Aとしては、無機アニオンが好ましく、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)、炭酸水素イオン(HCO )、炭酸イオン(CO 2-)、水酸化物イオン(OH)などが挙げられる。 The above A is preferably an inorganic anion such as chloride ion (Cl ), bromide ion (Br ), iodide ion (I ), hydrogen carbonate ion (HCO 3 ), carbonate ion (CO 3 2− ), hydroxide ion (OH ), and the like.

上記イオン交換基は、Ar中の芳香環に直接結合してもよく、更に連結基を有し、当該連結基を介して芳香環に結合していてもよい。ここで連結基は、イオン交換基が有する酸性基、4級アンモニウム基又はイミダゾリウム基と、芳香環とを連結する有機基を表す。当該有機基としては、直鎖状又は分岐状のアルキレン基が好ましく、中でも直鎖状のアルキレン基が好ましい。当該アルキレン基の炭素数は本ポリマーに求められる物性に応じて適宜調整できる。例えば、前記アルキレン基の炭素数を20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下とすることで、本ポリマーのイオン交換基容量が増大する。一方、前記アルキレン基の炭素数を2以上、好ましくは4以上、より好ましくは6以上とすることで、溶解性及び膨潤耐性に優れた本ポリマーが得られる。
Ar中のイオン交換基の数は1個以上であればよく、イオン伝導性及びポリマーの安定性の観点から、1~2個が好ましい。
The ion-exchange group may be directly bonded to the aromatic ring in Ar 1 , or may further have a linking group and bond to the aromatic ring via the linking group. Here, the connecting group represents an organic group that connects the acidic group, quaternary ammonium group or imidazolium group of the ion exchange group and the aromatic ring. As the organic group, a linear or branched alkylene group is preferable, and a linear alkylene group is particularly preferable. The number of carbon atoms in the alkylene group can be appropriately adjusted according to the physical properties required for the polymer. For example, by setting the number of carbon atoms in the alkylene group to 20 or less, preferably 16 or less, more preferably 12 or less, the ion exchange group capacity of the present polymer increases. On the other hand, by setting the number of carbon atoms in the alkylene group to 2 or more, preferably 4 or more, and more preferably 6 or more, the present polymer having excellent solubility and swelling resistance can be obtained.
The number of ion-exchange groups in Ar 1 may be 1 or more, preferably 1-2 from the viewpoint of ion conductivity and polymer stability.

Arにおける芳香環はポリマーの主鎖の一部を構成する。Arが芳香環を有することでポリマーの化学的耐久性及び成膜後の機械強度に優れている。
当該芳香環としては、ベンゼン環のほか、ナフタレン環、アントランセン環等の縮合環であってもよく、また、酸素原子(O)、窒素原子(N)、硫黄原子(S)を含む複素環(例えば、チオフェン等)であってもよく、更に、これらの環が、単結合又は連結基を介して連結した構造であってもよい。複数の環が単結合で連結した構造としては、例えば、ビフェニル、ターフェニル、フルオレンなどが挙げられる。また、前記連結基としては、例えば、二重結合を有してもよい直鎖状又は分岐状のアルキレン基等が挙げられ、具体的には、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン、スチルベン等が挙げられる。
The aromatic ring in Ar 1 constitutes part of the backbone of the polymer. Since Ar 1 has an aromatic ring, the polymer is excellent in chemical durability and mechanical strength after film formation.
The aromatic ring may be a condensed ring such as a naphthalene ring, an anthracene ring, etc., in addition to a benzene ring, and a heterocyclic ring containing an oxygen atom (O), a nitrogen atom (N), a sulfur atom (S) ( For example, thiophene, etc.), or a structure in which these rings are linked via a single bond or a linking group. Structures in which multiple rings are linked by single bonds include, for example, biphenyl, terphenyl, and fluorene. Examples of the linking group include linear or branched alkylene groups which may have double bonds, and specific examples include diphenylmethane, triphenylmethane, stilbene, and the like.

Arにおける芳香環は、上記イオン交換基の他に、更に、イオン交換基以外の置換基を有していてもよい。当該置換基としては、例えば、置換基を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基などが挙げられる。
上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基などが挙げられ、置換基としてフェニル基等を有してもよい。また、上記フェニル基が有していてもよい置換基としては炭素数が1~6のアルキル基等が挙げられる。
The aromatic ring for Ar 1 may further have a substituent other than the ion-exchange group, in addition to the ion-exchange group described above. Examples of the substituent include an optionally substituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an optionally substituted phenyl group.
Specific examples of the alkyl group include alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, n-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group and octyl group. etc. In addition, examples of the substituent that the phenyl group may have include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

本ポリマーの機械強度、化学的耐久性、及び成膜性に優れる点から、前記Arは、イオン交換基を有し、イオン交換基以外の置換基を有していてもよい2価の芳香族基が好ましく、中でも下記式(a-1)~下記式(a-10)のいずれかで表される基であることが好ましい。
なお、ポリマー内に複数あるArは互いに同一であっても、異なっていてもよい。
From the viewpoint of excellent mechanical strength, chemical durability, and film-forming properties of the present polymer, Ar 1 has an ion-exchange group and is a divalent aromatic group that may have a substituent other than the ion-exchange group. Group groups are preferred, and groups represented by any one of the following formulas (a-1) to (a-10) are particularly preferred.
A plurality of Ar 1 's in the polymer may be the same or different.

Figure 2023037179000007
式(a-1)~式(a-10)中、
は、各々独立に、水素原子、イオン交換基、又はイオン交換基を有しない置換基であり、複数あるRは互いに同一であっても異なっていてもよく、Rのうち少なくとも1つはイオン交換基である。
なお波線は、Arに結合する結合手を示す。
Figure 2023037179000007
In formulas (a-1) to (a-10),
Each R a is independently a hydrogen atom, an ion-exchange group , or a substituent having no ion-exchange group; is an ion exchange group.
Note that the wavy line indicates a bond that binds to Ar 2 .

上記各式中のArは芳香環を含む基である。Arにおける芳香環はポリマーの主鎖の一部を構成する。Arが芳香環を有することでポリマーの化学的耐久性及び成膜後の機械強度に優れている。
Arにおける芳香環は、前記Arにおける芳香環と同様のものが挙げられる。また、Arにおける芳香環は置換基を有していてもよい。当該置換基としては、イオン交換基以外の置換基が好ましい。当該置換基としては、例えば、置換基を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基などが挙げられる。
上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基などが挙げられ、置換基としてフェニル基等を有してもよい。また、上記フェニル基が有していてもよい置換基としては炭素数が1~6のアルキル基等が挙げられる。
Ar 2 in each of the above formulas is a group containing an aromatic ring. The aromatic ring in Ar2 constitutes part of the backbone of the polymer. Since Ar 2 has an aromatic ring, the chemical durability of the polymer and the mechanical strength after film formation are excellent.
Examples of the aromatic ring for Ar 2 include the same aromatic rings as those for Ar 1 above. Moreover, the aromatic ring in Ar 2 may have a substituent. As the substituent, a substituent other than an ion exchange group is preferable. Examples of the substituent include an optionally substituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an optionally substituted phenyl group.
Specific examples of the alkyl group include alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, n-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group and octyl group. etc. In addition, examples of the substituent that the phenyl group may have include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

本ポリマーの機械強度、化学的耐久性、及び成膜性に優れる点から、前記Arは、イオン交換基以外の置換基を有していてもよい2価の芳香族基が好ましく、中でも下記式(b-1)~下記式(b-10)のいずれかで表される基であることが好ましい。
なお、ポリマー内に複数あるArは互いに同一であっても、異なっていてもよい。
From the viewpoint of excellent mechanical strength, chemical durability, and film-forming properties of the present polymer, Ar 2 is preferably a divalent aromatic group that may have a substituent other than an ion-exchange group. A group represented by any one of formulas (b-1) to (b-10) below is preferred.
A plurality of Ar 2 in the polymer may be the same or different.

Figure 2023037179000008
式(b-1)~式(b-10)中、
は、各々独立に、水素原子又はイオン交換基を有しない置換基であり、複数あるRは互いに同一であっても異なっていてもよい。
なお波線は、Ar、X、X又はBに結合する結合手を示す。
Figure 2023037179000008
In formulas (b-1) to (b-10),
Each Rb is independently a hydrogen atom or a substituent having no ion-exchange group, and a plurality of Rb 's may be the same or different.
A wavy line indicates a bond that binds to Ar 1 , X 1 , X 2 or B.

Arは、前記式(1)のArに対応する部分である。Arが有する官能基は、後述する変換工程においてイオン交換基に変換される。Arにおける芳香族基を構成する芳香環としては、上記Arと同様のものが挙げられる。
前記Arは、イオン交換基に変換し得る官能基を置換基として有する芳香環を含む基である。Arは、当該置換基として、ハロゲノ基、スルホン酸エステル基(-SO21基)、リン酸エステル基(-R21 PO基)、カルボン酸エステル基(-COOR21基)、イミダゾール基(下記式(h-1)参照)、又は、アミノ基(-NRR’)を有する。
ここでR21は、各々独立に、置換基を有していてもよい有機基である。当該有機基としては、アルキル基、アリール基などが挙げられる。また、当該置換基としては、例えば、置換基を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基などが挙げられる。
Ar 3 is a portion corresponding to Ar 1 in the formula (1). The functional group of Ar 3 is converted into an ion-exchange group in the conversion step described later. Examples of the aromatic ring constituting the aromatic group for Ar 3 include the same as those for Ar 1 above.
Ar 3 is a group containing an aromatic ring having a functional group convertible to an ion exchange group as a substituent. Ar 3 is, as the substituent, a halogeno group, a sulfonate group (--SO 3 R 21 group), a phosphate group (--R 21 2 PO 4 group), a carboxylate group (--COOR 21 group), It has an imidazole group (see formula (h-1) below) or an amino group (-NRR').
Here, each R 21 is independently an organic group which may have a substituent. Examples of the organic group include an alkyl group and an aryl group. Examples of the substituent include an optionally substituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an optionally substituted phenyl group.

Figure 2023037179000009
ただし、R、R’及びR’’は、各々独立に、水素原子又は有機基である。
Figure 2023037179000009
However, R, R' and R'' are each independently a hydrogen atom or an organic group.

また、上記アミノ基における、R及びR’としては、各々独立に、水素原子又は有機基が挙げられる。なお、上記イミダゾール基及びアミノ基における有機基としては、前記R21における置換基を有していてもよい有機基と同様のものが挙げられる。 Moreover, R and R' in the above amino group each independently include a hydrogen atom or an organic group. Examples of the organic group for the imidazole group and the amino group include the same organic groups as the optionally substituted organic group for R 21 .

上記官能基は、前記芳香環に直接結合してもよく、更に連結基を有し、当該連結基を介して芳香環に結合していてもよい。ここで連結基は上記Arと同様のものが挙げられる。Ar中のイオン交換基の数は1個以上であればよく、イオン伝導性及びポリマーの安定性の観点から、1~2個が好ましい。 The functional group may be directly bonded to the aromatic ring, or may further have a linking group and be bonded to the aromatic ring via the linking group. Here, the linking group includes those similar to Ar 1 above. The number of ion-exchange groups in Ar 3 may be 1 or more, preferably 1-2 from the viewpoint of ion conductivity and polymer stability.

Arにおける芳香環は、上記官能基の他に、更に、上記官能基以外の置換基を有していてもよい。当該置換基としては、Arにおける、イオン交換基以外の置換基と同様のものが挙げられる。 In addition to the above functional groups, the aromatic ring in Ar 3 may further have substituents other than the above functional groups. Examples of the substituent include the same substituents other than the ion-exchange group for Ar 1 .

本ポリマーの機械強度、化学的耐久性、及び成膜性に優れる点から、前記Arは下記式(c-1)~下記式(c-10)より選択される1種以上であることが好ましい。 From the viewpoint of excellent mechanical strength, chemical durability, and film-forming properties of the present polymer, Ar 3 is one or more selected from the following formulas (c-1) to (c-10). preferable.

Figure 2023037179000010
式(c-1)~式(c-10)中、
は、各々独立に、水素原子、ハロゲノ基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基、カルボン酸エステル基、イミダゾール基及びアミノ基より選択される官能基を有する基、又は前記官能基を有しない置換基であり、複数あるRは互いに同一であっても異なっていてもよく、Rのうち少なくとも1つは前記官能基である。
なお波線は、X、X又はBに結合する結合手を示す。
Figure 2023037179000010
In formulas (c-1) to (c-10),
Each R c is independently a group having a functional group selected from a hydrogen atom, a halogeno group, a sulfonate group, a phosphate ester group, a carboxylate ester group, an imidazole group and an amino group, or a group having the functional group A plurality of R c may be the same or different, and at least one of R c is the above functional group.
A wavy line indicates a bond that binds to X 1 , X 2 or B.

及びXは各々独立に、Br(ブロモ基)又はI(ヨード基)である。特に限定されないが、化合物(2A)及び化合物(2B)の合成の容易性などの点から、X及びXは同一であることが好ましく、ブロモ基がより好ましい。 X 1 and X 2 are each independently Br (bromo group) or I (iodo group). Although not particularly limited, X 1 and X 2 are preferably the same, more preferably a bromo group, from the viewpoint of ease of synthesis of compound (2A) and compound (2B).

式(3A)及び式(3B)におけるR及びRは、式(2A)及び式(2B)のX及びXとカップリング反応しうる部位である。R及びRは、各々独立に、-B(OH)(ボロン酸基)、-B(OR11(ボロン酸エステル基)、-BF11(トリフルオロボレート塩)、又は、ボロン酸MIDAエステルである。R11は、置換基を有していてもよいアルキル基であって、2つのR11が連結して環構造を形成してもよい。また、X11は1価のカチオンであり、アルカリ金属イオンなどが挙げられる。R及びRの具体例としては、下記式(d-1)~式(d-5)等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。なお、式(d-3)は2つのR11が環構造を形成している例であり、式(d-4)はボロン酸MIDAエステルであり、式(d-5)はトリフルオロボレート塩の例である。なお、式中の波線は、Ar又はAr中の芳香環に結合する結合手を示す。なお、特に限定されないが、化合物(3A)及び化合物(3B)の合成の容易性などの点から、R及びRは同一であることが好ましい。 R 1 and R 2 in formulas (3A) and (3B) are sites capable of coupling reaction with X 1 and X 2 in formulas (2A) and (2B). R 1 and R 2 each independently represent -B(OH) 2 (boronic acid group), -B(OR 11 ) 2 (boronic acid ester group), -BF 3 X 11 (trifluoroborate salt), or , MIDA boronic acid esters. R 11 is an optionally substituted alkyl group, and two R 11 may be linked to form a ring structure. Also, X 11 is a monovalent cation such as an alkali metal ion. Specific examples of R 1 and R 2 include formulas (d-1) to (d-5) below, but are not limited thereto. Note that formula (d-3) is an example in which two R 11 form a ring structure, formula (d-4) is a MIDA boronic acid ester, and formula (d-5) is a trifluoroborate salt. is an example of The wavy line in the formula indicates a bond that bonds to the aromatic ring in Ar 2 or Ar 3 . Although not particularly limited, R 1 and R 2 are preferably the same from the viewpoint of ease of synthesis of compound (3A) and compound (3B).

Figure 2023037179000011
Figure 2023037179000011

本製造方法は、上記化合物(2A)と化合物(3A)、又は、上記化合物(2B)と化合物(3B)とを、下記式(4)で表される触媒存在下で反応させる。当該触媒(4)を用いることで、例えば重量平均分子量が100,000以上のポリマーを合成することができる。 In this production method, the compound (2A) and the compound (3A), or the compound (2B) and the compound (3B) are reacted in the presence of a catalyst represented by the following formula (4). By using the catalyst (4), for example, a polymer having a weight average molecular weight of 100,000 or more can be synthesized.

Figure 2023037179000012
Figure 2023037179000012

上記Lはホスフィン配位子であり、重量平均分子量の高いポリマーが得られる点から、中でも、トリ-tert-ブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、又は2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,4’,6’-トリイソプロピルビフェニルが好ましい。 L is a phosphine ligand, and from the viewpoint of obtaining a polymer with a high weight average molecular weight, among them, tri-tert-butylphosphine, triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, or 2-dicyclohexylphosphino-2′,4 ',6'-Triisopropylbiphenyl is preferred.

上記触媒(4)の合成方法は特に限定されないが、例えば、2-アミノビフェニルと、酢酸パラジウム(II)を混合し、加熱して反応させ、次いで、配位子Lと塩化リチウムとを混合して反応させることで得られる。 The method for synthesizing the catalyst (4) is not particularly limited. For example, 2-aminobiphenyl and palladium (II) acetate are mixed and reacted by heating, and then the ligand L and lithium chloride are mixed. obtained by reacting with

上記化合物(2A)と化合物(3A)、又は、上記化合物(2B)と化合物(3B)の反応は、通常、テトラヒドロフラン(THF)などの溶媒中で行い、塩基存在下で行うことが好ましい。塩基は特に限定されないが、例えば、KCO、NaCO、KF、KPO、KHPO等が挙げられる。触媒(4)は塩基存在下でL-PdClとして作用する。反応条件は、求めるポリマーの分子量等に応じて適宜調整すればよく、例えば反応温度を60℃前後(例えば40~80℃)とし、反応時間を1時間以上とすることで、重量平均分子量が100,000以上のポリマーを得ることができる。 The reaction between compound (2A) and compound (3A) or between compound (2B) and compound (3B) is usually carried out in a solvent such as tetrahydrofuran (THF), preferably in the presence of a base. The base is not particularly limited, but examples thereof include K2CO3 , Na2CO3 , KF , K3PO4 , K2HPO4 and the like. Catalyst (4) acts as L-PdCl in the presence of a base. The reaction conditions may be appropriately adjusted according to the desired molecular weight of the polymer, etc. For example, the reaction temperature is around 60° C. (for example, 40 to 80° C.) and the reaction time is 1 hour or more, so that the weight average molecular weight is 100. ,000 or more polymers can be obtained.

次いで、前記Arの官能基をイオン交換基に変換する(変換工程)。当該変換工程は上記反応に続けて行ってもよく、本ポリマーを使用する直前などに行ってもよい。
イオン交換基への変換方法は、前記官能基に応じて、適宜選択することができる。例えば、官能基がハロゲノ基(例えば、-Cl)の場合、トリメチルアミンと混合して加熱することで4級アンモニウム基を導入できる。また、前記官能基が、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基及びカルボン酸エステル基である場合、これらの基を加水分解することによって、イオン交換基(スルホン酸基、リン酸基及びカルボン酸基)に変換できる。
Next, the Ar 3 functional group is converted to an ion-exchange group (conversion step). The conversion step may be performed immediately after the above reaction, or may be performed immediately before using the polymer.
A method for conversion to an ion-exchange group can be appropriately selected according to the functional group. For example, when the functional group is a halogeno group (eg, —Cl), a quaternary ammonium group can be introduced by mixing with trimethylamine and heating. Further, when the functional group is a sulfonate ester group, a phosphate ester group or a carboxylate ester group, by hydrolyzing these groups, ion exchange groups (sulfonic acid group, phosphoric acid group and carboxylic acid group ) can be converted to

上記本発明に係るポリマーの製造方法によれば、下記式(1)で表される構成単位を含み、重量平均分子量が100,000以上であるポリマーを製造することができる。

Figure 2023037179000013
ただし、Arはイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、
Arは芳香環を含む基である。 According to the method for producing a polymer according to the present invention, it is possible to produce a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1) and having a weight average molecular weight of 100,000 or more.
Figure 2023037179000013
However, Ar 1 is a group containing an aromatic ring having an ion exchange group,
Ar 2 is a group containing an aromatic ring.

本ポリマーは、主鎖にエーテル結合を有しないため、アルカリ環境下などにおける耐久性に優れている。また、本ポリマーは主鎖を全芳香族炭化水素とすることもでき、この場合、化学的耐久性により優れている。本ポリマーは重量平均分子量が100,000以上であるため、本ポリマーを用いて製造された膜の機械強度に優れている。また、本ポリマーはArとArとの交互共重合体であり、イオン交換基を概ね均等に有しているため電解質膜用途等に好適に用いることができる。更に本ポリマーはフッ素原子を有しないため使用後の廃棄やリサイクル時の取り扱い性にも優れている。
なお、式(1)中のAr及びArは前述のとおりであり、好ましい態様も前述のとおりであるためここでの説明は省略する。なお、重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)により、標準ポリスチレン換算値として求めたものである。
Since this polymer does not have an ether bond in its main chain, it has excellent durability in an alkaline environment. The polymer can also have a wholly aromatic hydrocarbon backbone, in which case it is more chemically durable. Since this polymer has a weight average molecular weight of 100,000 or more, the mechanical strength of the membrane produced using this polymer is excellent. In addition, the present polymer is an alternating copolymer of Ar 1 and Ar 2 , and since it has approximately equal ion exchange groups, it can be suitably used for electrolyte membrane applications and the like. Furthermore, since the present polymer does not contain fluorine atoms, it is excellent in handleability during disposal and recycling after use.
Note that Ar 1 and Ar 2 in formula (1) are as described above, and preferred embodiments are also as described above, so descriptions thereof are omitted here. The weight-average molecular weight is determined by gel permeation chromatography (GPC) as a standard polystyrene conversion value.

2.電解質膜
本発明に係る電解質膜は、上記本ポリマーを有することを特徴とする。本ポリマーを使用する電解質膜は、化学的耐久性、イオン伝導性及び膜の機械的強度に優れており、燃料電池や、電解装置用の電解質膜として好適に用いることができる。また、イオン交換基を有する本ポリマーは、燃料電池の膜電極複合体(MEA)作製時に通常使用する溶媒(アルコールや、アルコールと水との混合溶媒等)に容易に溶解でき、気体透過性にも優れる事から、これらの電池、電解デバイスにおける電解質アイオノマーとしても利用可能である。
なお、本ポリマーは、イオン官能基容量(IEC)が高く、非常に高いイオン伝導度を示す。本ポリマーのIECは、0.5meq・g-1以上、4.0meq・g-1以下であることが好ましい。また、本ポリマーを用いた電解質膜は膨潤耐性に優れ、80℃における含水率は40%以下に抑制される。
2. Electrolyte Membrane The electrolyte membrane according to the present invention is characterized by comprising the present polymer. Electrolyte membranes using this polymer are excellent in chemical durability, ionic conductivity and membrane mechanical strength, and can be suitably used as electrolyte membranes for fuel cells and electrolyzers. In addition, the polymer, which has ion-exchange groups, can be easily dissolved in solvents (alcohol, mixed solvents of alcohol and water, etc.) commonly used in the production of membrane electrode assemblies (MEAs) for fuel cells, and has good gas permeability. It can also be used as an electrolyte ionomer in these batteries and electrolytic devices.
In addition, the polymer has a high ionic functional group capacity (IEC) and exhibits very high ionic conductivity. The IEC of the present polymer is preferably 0.5 meq·g −1 or more and 4.0 meq·g −1 or less. In addition, the electrolyte membrane using this polymer is excellent in swelling resistance, and the water content at 80° C. is suppressed to 40% or less.

電解質膜の製造方法は、一般的な成膜方法を適用することができ、例えば、本ポリマーを溶解可能な溶媒(例えば、ジメチルスルホキシド、アルコールや、アルコール水溶液等)に溶解させて、ポリマー溶液を調製し、公知の塗布手段を用いて塗膜とし、乾燥することにより、電解質膜を製造することができる。 A general film formation method can be applied to the method for producing the electrolyte membrane. For example, the present polymer is dissolved in a solvent capable of dissolving it (for example, dimethyl sulfoxide, alcohol, alcohol aqueous solution, etc.), and a polymer solution is obtained. An electrolyte membrane can be produced by preparing, forming a coating film using a known coating means, and drying.

本ポリマーにおいて、イオン交換基を酸性基とすることにより、プロトン伝導性の電解質膜が得られる。また、イオン交換基を前記4級アンモニウム基等の塩基性基とすることにより、アニオン伝導性の電解質膜が得られる。 In this polymer, a proton-conducting electrolyte membrane can be obtained by using an acidic group as the ion-exchange group. Further, by using basic groups such as the quaternary ammonium groups as the ion exchange groups, an anion conductive electrolyte membrane can be obtained.

3.燃料電池
本発明に係る燃料電池は、前記電解質膜を備えることを特徴とする。本発明の電解質膜は、固体アルカリ燃料電池、及び固体高分子形燃料電池のいずれに対しても好適に用いることができる。
3. Fuel Cell A fuel cell according to the present invention is characterized by comprising the electrolyte membrane. The electrolyte membrane of the present invention can be suitably used for both solid alkaline fuel cells and polymer electrolyte fuel cells.

前記電解質膜を固体アルカリ燃料電池に適用する場合、前記電解質膜として、アニオン伝導性の電解質膜を用いる。固体アルカリ燃料電池の構成は、従来公知の構成とすることができる。
例えば、電解質膜の一方の面にカソードを、他方の面にアノードを配置した膜電極複合体を形成し、カソードに酸素を供給し、アノードに燃料を供給して、カソードで生成したOHが電解質膜を介してアノードに移動し、そこで水を発生させることにより発電を行う。
燃料は従来公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、水素、メタノール、エタノール、エチレングリコール、ギ酸塩、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、アンモニア等が挙げられるが、これらに限定されない。
代表として、燃料として、水素、メタノール及びギ酸塩を用いた場合の各極での反応を示す。
・水素を用いた燃料電池
アノード: 2OH + H → 2H
カソード: O + 2HO + 4e → 4OH
・メタノールを用いた燃料電池
アノード: 6OH + CHOH → CO + 5H
カソード: O + 2HO + 4e → 4OH
・ギ酸塩を用いた燃料電池
アノード: HCOO + 3OH → 2HO + CO 2- + 2e
カソード: O + 2HO + 4e → 4OH
When the electrolyte membrane is applied to a solid alkaline fuel cell, an anion conductive electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane. The configuration of the solid alkaline fuel cell can be a conventionally known configuration.
For example, a membrane electrode assembly is formed by arranging a cathode on one side of an electrolyte membrane and an anode on the other side, oxygen is supplied to the cathode, fuel is supplied to the anode, and OH generated at the cathode is Electricity is generated by moving to the anode through the electrolyte membrane and generating water there.
The fuel can be appropriately selected from conventionally known fuels, and examples thereof include, but are not limited to, hydrogen, methanol, ethanol, ethylene glycol, formate, hydrazine, sodium borohydride, and ammonia.
As a representative example, the reaction at each electrode when hydrogen, methanol and formate are used as fuel is shown.
・Fuel cell using hydrogen Anode: 2OH + H 2 → 2H 2 O
Cathode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH
・Fuel cell using methanol Anode: 6OH + CH 3 OH → CO 2 + 5H 2 O
Cathode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH
・Fuel cell using formate Anode: HCOO + 3OH → 2H 2 O + CO 3 2− + 2e
Cathode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH

また、前記電解質高分子を固体高分子形燃料電池に適用する場合、前記電解質膜として、プロトン伝導性の電解質膜を用いる。固体高分子形燃料電池の構成は、従来公知の構成とすることができる。
例えば、電解質膜の一方の面にカソードを、他方の面にアノードを配置した膜電極複合体を形成し、カソードに酸素を供給し、アノードに燃料を供給して、アノードで生成したプロトンが電解質膜を介してアノードに移動し、そこで水を発生させることにより発電を行う。
燃料は公知のものの中から適宜選択することができ、具体的には前記固体アルカリ燃料電池において例示したものと同様のものが挙げられる。
代表して、燃料として水素を用いた場合の各極での反応を示す。
アノード: H → 2H + 2e
カソード: O + 4H + 4e → 2H
When the electrolyte polymer is applied to a polymer electrolyte fuel cell, a proton conductive electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane. The configuration of the polymer electrolyte fuel cell can be a conventionally known configuration.
For example, a membrane electrode assembly is formed by arranging a cathode on one side of an electrolyte membrane and an anode on the other side, oxygen is supplied to the cathode, fuel is supplied to the anode, and protons generated at the anode are converted into an electrolyte. Electricity is generated by moving through the membrane to the anode where water is generated.
The fuel can be appropriately selected from known ones, and specific examples thereof include those exemplified for the solid alkaline fuel cell.
Reaction at each electrode when hydrogen is used as a representative fuel is shown.
Anode: H 2 → 2H + + 2e
Cathode: O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O

4.電解装置
また、本発明の電解質膜は、水電解や他の電解技術(電解方法)、これらの電解方法を利用した電解装置に好適に用いることができる。当該電解装置は、例えば電解槽内に、本発明の電解質膜、陽極及び陰極を有する構成とすることができ、本発明の電解質膜を介して、対象物を電気分解(酸化還元反応)することにより、目的物を得ることができる。
4. Electrolytic Apparatus The electrolyte membrane of the present invention can be suitably used for water electrolysis, other electrolysis techniques (electrolytic methods), and electrolytic apparatuses using these electrolysis methods. The electrolytic device can be configured to have, for example, the electrolyte membrane of the present invention, an anode and a cathode in an electrolytic cell, and electrolyze (oxidation-reduction reaction) an object through the electrolyte membrane of the present invention. can obtain the object.

前記電解質膜を水電解に適用する場合、前記電解質膜として、プロトン伝導性、又はアニオン伝導性の電解質膜を用いる。例えば、プロトン伝導性の電解質膜の一方の面に陽極を、他方の面に陰極を配置し、陽極で生成したプロトンを、電解質膜を介して、陰極に移動させ、陰極で電子と結合させて水素を得ることができる。各極での反応式は下記の通りである。
陽極: 2HO → O+ 4H + 4e
陰極: 2H + 2e → H
When the electrolyte membrane is applied to water electrolysis, a proton-conducting or anion-conducting electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane. For example, an anode is arranged on one side of a proton-conducting electrolyte membrane and a cathode is arranged on the other side, and protons generated at the anode are transferred to the cathode through the electrolyte membrane and combined with electrons at the cathode. Hydrogen can be obtained. The reaction formula at each electrode is as follows.
Anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e
Cathode: 2H + + 2e → H 2

また他の電解技術としては、二酸化炭素を電気分解してギ酸を生成させる電解技術が挙げられる。例えば、陽極で生成したプロトンを、電解質膜を介して陰極に移動させ、陰極に供給する二酸化炭素と反応させてギ酸を得ることができる。各極での反応式は下記の通りである。
陽極: 2HO → O+ 4H + 4e
陰極: CO + 2H + 2e → HCOOH
Another electrolysis technique includes an electrolysis technique in which carbon dioxide is electrolyzed to produce formic acid. For example, protons generated at the anode can be transferred to the cathode through the electrolyte membrane and reacted with carbon dioxide supplied to the cathode to obtain formic acid. The reaction formula at each electrode is as follows.
Anode: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e
Cathode: CO 2 + 2H + + 2e → HCOOH

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。なお、これらの記載により本発明を制限するものではない。 EXAMPLES The present invention will now be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, these descriptions do not limit the present invention.

[実施例1:ポリマーの製造]
図1に示すスキーム1に従って、ポリマーを合成した。以下ではスキーム1の符号((i)など)を適宜参照して説明する。
[Example 1: Production of polymer]
A polymer was synthesized according to Scheme 1 shown in FIG. In the following description, the symbols ((i), etc.) in Scheme 1 are appropriately referred to.

<ステップ(i):化合物1の合成>

Figure 2023037179000014
<Step (i): Synthesis of Compound 1>
Figure 2023037179000014

水酸化ナトリウム(150g)水溶液(300mL)にn-テトラブチルアンモニウムブロミド(648mg)を2つ口フラスコに加え、窒素下にて撹拌した。別途、2,7-ジブロモフルオレン(4.86g,15mmol)を1-ブロモヘキサン(24.8g,150mmol)に熱しながら溶解させ、この溶液を2つ口フラスコにシリンジにて加えた。85℃窒素下にて60分反応後、溶液を室温まで冷却させた。有機層をジクロロメタン(300mL)で抽出し、1Mの塩酸(5mL)、水(200mL×2)で洗浄した。ジクロロメタンをエバポレーターにて蒸発させ、真空減圧下90℃にて、未反応の1-ブロモヘキサンを除去した。得られた残渣をシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン)にかけることで目的の化合物1(6.50g,13.2mmol)を得た。
(化合物1のH-NMRスペクトル)
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.51 (2H, d), δ 7.45 (4H, m), δ 1.91 (4H,m), δ 1.12 (4H, m), δ 1.05 (8H, m), δ 0.78 (6H, t),δ 0.59 (4H, m)
A two-necked flask was charged with n-tetrabutylammonium bromide (648 mg) in an aqueous solution (300 mL) of sodium hydroxide (150 g), and the mixture was stirred under nitrogen. Separately, 2,7-dibromofluorene (4.86 g, 15 mmol) was dissolved in 1-bromohexane (24.8 g, 150 mmol) while heating, and this solution was added to the two-necked flask with a syringe. After reacting for 60 minutes at 85° C. under nitrogen, the solution was allowed to cool to room temperature. The organic layer was extracted with dichloromethane (300 mL), washed with 1M hydrochloric acid (5 mL) and water (200 mL×2). Dichloromethane was evaporated with an evaporator, and unreacted 1-bromohexane was removed at 90° C. under vacuum and reduced pressure. The obtained residue was applied to a silica gel column (developing solvent: hexane) to obtain the target compound 1 (6.50 g, 13.2 mmol).
( 1 H-NMR spectrum of compound 1)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.51 (2H, d), δ 7.45 (4H, m), δ 1.91 (4H, m), δ 1.12 (4H, m), δ 1.05 (8H, m ), δ 0.78 (6H, t), δ 0.59 (4H, m)

<ステップ(ii):化合物2の合成>

Figure 2023037179000015
<Step (ii): Synthesis of compound 2>
Figure 2023037179000015

上記化合物1(4.92g,10mmol)、ビスピナコラートジボラン(5.59g,22mmol)、酢酸カリウム(5.89g,60mmol)、[1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]palladium(II) ジクロロメタン付加体(408mg,0.5mmol)を2つ口ナスフラスコに加え、真空脱気後に窒素置換した。シリンジにてジメチルスルホキシド(100mL)を加え、窒素下90℃の条件で6時間反応させる。室温まで冷却させた後に、有機層をクロロホルム(200ml)にて抽出し、水(150ml×3)で洗浄した。クロロホルムをエバポレーターにて除去した後、残渣をシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン:クロロホルム=7:3)にかけることで目的の化合物2(3.75g,6.4mmol)を得た。
(化合物2のH-NMRスペクトル)
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.80 (2H, d), δ 7.73 (4H, m), δ 1.99 (4H,m), δ 1.39 (24H, s),δ 1.08 (4H, m), δ 1.02 (8H, m), δ 0.80 (6H, t),δ 0.55 (4H, m)
Compound 1 above (4.92 g, 10 mmol), bispinacolato diborane (5.59 g, 22 mmol), potassium acetate (5.89 g, 60 mmol), [1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]palladium(II) dichloromethane The adduct (408 mg, 0.5 mmol) was added to a two-neck eggplant flask, and after vacuum degassing, the atmosphere was replaced with nitrogen. Dimethyl sulfoxide (100 mL) is added with a syringe, and the mixture is reacted under nitrogen at 90° C. for 6 hours. After cooling to room temperature, the organic layer was extracted with chloroform (200 ml) and washed with water (150 ml x 3). After removing chloroform with an evaporator, the residue was applied to a silica gel column (developing solvent: hexane:chloroform=7:3) to obtain the desired compound 2 (3.75 g, 6.4 mmol).
( 1 H-NMR spectrum of compound 2)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.80 (2H, d), δ 7.73 (4H, m), δ 1.99 (4H, m), δ 1.39 (24H, s), δ 1.08 (4H, m ), δ 1.02 (8H, m), δ 0.80 (6H, t), δ 0.55 (4H, m)

<ステップ(iii):化合物3の合成>

Figure 2023037179000016
<Step (iii): Synthesis of compound 3>
Figure 2023037179000016

水酸化ナトリウム(150g)水溶液(300mL)にn-テトラブチルアンモニウムクロリド(417mg)を2つ口フラスコに加え、窒素下にて撹拌した。別途、2,7-ジブロモフルオレン(4.86g,15mmol)を1,6-ジクロロヘキサン(23.3g,150mmol)に熱しながら溶解させ、この溶液を2つ口フラスコにシリンジにて加えた。85℃窒素下にて60分反応後、溶液を室温まで冷却させた。有機層をジクロロメタン(300mL)で抽出し、1Mの塩酸(50mL)、水(200mL×2)で洗浄した。ジクロロメタンをエバポレーターにて蒸発させ、真空減圧下90℃にて、未反応の1,6-ジクロロヘキサンを除去した。得られた残渣をシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン)にかけることで目的の化合物3(6.50g,13.2mmol)を得た。
(化合物3のH-NMRスペクトル)
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.52 (2H, d), δ 7.47-7.43 (4H, m), δ 3.42 (4H, t), δ 1.93 (4H,m), δ 1.60 (4H, m), δ 1.19 (4H, m), δ 1.08 (4H, m), δ 0.58 (4H, m)
A two-necked flask was charged with n-tetrabutylammonium chloride (417 mg) in an aqueous solution (300 mL) of sodium hydroxide (150 g), and the mixture was stirred under nitrogen. Separately, 2,7-dibromofluorene (4.86 g, 15 mmol) was dissolved in 1,6-dichlorohexane (23.3 g, 150 mmol) with heating, and this solution was added to the two-necked flask with a syringe. After reacting for 60 minutes at 85° C. under nitrogen, the solution was allowed to cool to room temperature. The organic layer was extracted with dichloromethane (300 mL), washed with 1M hydrochloric acid (50 mL) and water (200 mL×2). Dichloromethane was evaporated by an evaporator, and unreacted 1,6-dichlorohexane was removed at 90° C. under vacuum and reduced pressure. The obtained residue was applied to a silica gel column (developing solvent: hexane) to obtain the target compound 3 (6.50 g, 13.2 mmol).
( 1 H-NMR spectrum of compound 3)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.52 (2H, d), δ 7.47-7.43 (4H, m), δ 3.42 (4H, t), δ 1.93 (4H,m), δ 1.60 (4H , m), δ 1.19 (4H, m), δ 1.08 (4H, m), δ 0.58 (4H, m)

<ステップ(iV):ポリマー1(PFO-Cl)の合成>

Figure 2023037179000017
<Step (iv): Synthesis of Polymer 1 (PFO-Cl)>
Figure 2023037179000017

上記化合物2(1173mg,2mmol)、上記化合物3(1121mg,2mmol)、P(t-Bu3)Pd-G2触媒(化合物(4)で表される触媒、Lがトリ-tert-ブチルホスフィン、sigma-aldrich社製、20,5mg,4mmol)を2つ口フラスコに加え、真空脱気後に窒素置換した。シリンジにて、テトラヒドロフラン(20ml)及び10Mリン酸カリウム水溶液(2ml)を加えた後、窒素下60℃にて6時間反応させた。反応液をクロロホルム(100ml)にて抽出し、水(50ml×3)で洗浄した。ロータリーエバポレーターにてクロロホルムを除去した後、得られた残渣をメタノール中に再沈殿させた。沈殿物を濾過した後、真空乾燥させることで目的のポリマー1(1.19g)を得た。
(ポリマー1のGPC測定結果)
GPC(CHCl):Mn=46000,Mw=123000,Mw/Mn=2.67
なお、Mnは数平均分子量、Mwは重量平均分子量である。
Compound 2 (1173 mg, 2 mmol), Compound 3 (1121 mg, 2 mmol), P(t-Bu3)Pd-G2 catalyst (catalyst represented by compound (4), L is tri-tert-butylphosphine, sigma- Aldrich, 20.5 mg, 4 mmol) was added to a two-necked flask, and the flask was deaerated under vacuum and then replaced with nitrogen. After adding tetrahydrofuran (20 ml) and 10 M potassium phosphate aqueous solution (2 ml) with a syringe, the mixture was reacted at 60° C. for 6 hours under nitrogen. The reaction solution was extracted with chloroform (100 ml) and washed with water (50 ml×3). After removing chloroform with a rotary evaporator, the resulting residue was reprecipitated in methanol. After filtering the precipitate, it was vacuum-dried to obtain the desired polymer 1 (1.19 g).
(GPC measurement result of polymer 1)
GPC ( CHCl3 ): Mn=46000, Mw=123000, Mw/Mn=2.67
In addition, Mn is a number average molecular weight, Mw is a weight average molecular weight.

<ステップ(V):ポリマー2(PFO-C-TMA)の合成>

Figure 2023037179000018
<Step (V): Synthesis of Polymer 2 (PFO-C 6 -TMA)>
Figure 2023037179000018

50mlバイアル瓶にて、上記ポリマー1(500mg)をクロロベンゼン(20ml)に溶解させ、3.2Mトリメチルアミンメタノール溶液(1ml)を加えた後、蓋を閉め、105℃にて12時間反応させた。溶液を室温まで冷却させた後、ジメチルスルホキシド溶液(20ml)、3.2Mトリメチルアミンメタノール溶液(1ml)を加え、再度蓋を閉めて105℃にて12時間反応させた。室温まで冷却後に、反応溶液を100mlナスフラスコに移し、エバポレーターにてクロロベンゼンを除去し濃縮させた。残渣にジメチルスルホキシド(30ml)及び3.2Mトリメチルアミンメタノール溶液(1ml)を加え、105℃にて6時間反応させた。室温まで冷却後に反応溶液を100mlナスフラスコに移し、エバポレーターにて完全に乾固させた。乾固した固体を水で洗浄し、濾過にて回収した後、真空乾燥させることで目的のポリマー2(505mg)を得た。
(ポリマー2のH-NMRスペクトル)
1H-NMR (400 MHz, CD3OD): δ 7.94 (4H, br), δ 7.78 (8H, br), δ 3.24 (4H, br), δ 3.05 (18H,s), δ 2.2 (8H,br),δ 1.64 (8H, br), δ 1.17 (16H, br), δ 0.82 (14H, br)
The above polymer 1 (500 mg) was dissolved in chlorobenzene (20 ml) in a 50 ml vial, 3.2 M trimethylamine methanol solution (1 ml) was added, the lid was closed, and reaction was allowed to proceed at 105° C. for 12 hours. After cooling the solution to room temperature, a dimethylsulfoxide solution (20 ml) and a 3.2 M trimethylamine methanol solution (1 ml) were added, the lid was closed again, and reaction was allowed to proceed at 105° C. for 12 hours. After cooling to room temperature, the reaction solution was transferred to a 100 ml round-bottomed flask and concentrated by removing chlorobenzene with an evaporator. Dimethyl sulfoxide (30 ml) and 3.2 M trimethylamine methanol solution (1 ml) were added to the residue and reacted at 105° C. for 6 hours. After cooling to room temperature, the reaction solution was transferred to a 100 ml round-bottomed flask and dried completely with an evaporator. The dried solid was washed with water, collected by filtration, and then vacuum dried to obtain the desired polymer 2 (505 mg).
( 1 H-NMR spectrum of polymer 2)
1 H-NMR (400 MHz, CD 3 OD): δ 7.94 (4H, br), δ 7.78 (8H, br), δ 3.24 (4H, br), δ 3.05 (18H,s), δ 2.2 (8H, br), δ 1.64 (8H, br), δ 1.17 (16H, br), δ 0.82 (14H, br)

[比較例1]
比較例として下記のポリマー(PPO-TMA)を用意した。

Figure 2023037179000019
なお、n及びmは繰り返し単位であることを示す。 [Comparative Example 1]
As a comparative example, the following polymer (PPO-TMA) was prepared.
Figure 2023037179000019
Note that n and m indicate repeating units.

<評価>
[電解質膜の製造]
実施例1のポリマー2、及び比較例1のポリマー各々について、ジメチルスルホキシドに溶解させた溶液(20mg/ml)を調製した。当該溶液を各々、ガラス基板にキャストし、100℃で加熱乾燥させることにより成膜した。次いで、当該基板を水に浸漬することにより、基板からポリマーの膜を剥離させて、80℃の純水で洗浄した後、膜厚25μmの電解質膜を得た。
<Evaluation>
[Manufacturing of Electrolyte Membrane]
For each of Polymer 2 of Example 1 and Polymer of Comparative Example 1, a solution (20 mg/ml) in dimethylsulfoxide was prepared. Each of the solutions was cast on a glass substrate and dried by heating at 100° C. to form a film. Then, the substrate was immersed in water to separate the polymer film from the substrate, and after washing with pure water at 80° C., an electrolyte membrane with a thickness of 25 μm was obtained.

[膨潤及びイオン伝導特性評価]
得られた電解質膜の各々について、イオン伝導度を測定した。イオン伝導度は、交流インピーダンス測定により電気抵抗値を測定し、その値から算出した。In-planeにおける交流インピーダンス測定には、電極に白金電極を使用し、四端子法により行った。電圧を測定する電極間距離は5mm~15mmであり、高電流側の電極と高電圧側の電極に対し、低電流側の電極と低電圧側の電極を電解質膜の反対側に接触させた。電解質膜を白金電極ごと2組の高密度ポリエチレン基板に挟み込み、その端をねじで固定した。電解質膜は恒温槽(Espec SH-241 Bench-Top Type Temperature&Humidity chamber)内に置き、湿度100RHで各温度(40℃~80℃)を一定に保った状態で、少なくとも3時間安定化させてから測定を行った。交流インピーダンスの測定装置にはSolartron 1260(英国 Solartron社製)を使用し、測定条件としてAC Amplitudeは10~100mVで行い、周波数は1000,000Hzから1Hzまで走査した。測定結果を図2のグラフに示す。
また、上記電解質膜の各々について、イオン官能基容量(IEC)、25℃及び80℃における含水率及び含水による寸法変化率を測定した。結果を図2の表に示す。
[Swelling and ionic conduction property evaluation]
Ionic conductivity was measured for each of the resulting electrolyte membranes. The ionic conductivity was calculated from the electrical resistance value measured by AC impedance measurement. In-plane AC impedance measurement was carried out by the four-probe method using platinum electrodes. The distance between the electrodes for measuring the voltage was 5 mm to 15 mm, and the electrode on the low current side and the electrode on the low voltage side were brought into contact with the opposite side of the electrolyte membrane with respect to the electrode on the high current side and the electrode on the high voltage side. The electrolyte membrane was sandwiched between two sets of high-density polyethylene substrates together with the platinum electrodes, and the ends were fixed with screws. The electrolyte membrane is placed in a constant temperature bath (Espec SH-241 Bench-Top Type Temperature & Humidity chamber), and each temperature (40°C to 80°C) is kept constant at a humidity of 100RH, and then stabilized for at least 3 hours before measurement. did Solartron 1260 (manufactured by Solartron, UK) was used as an AC impedance measuring device, AC amplitude was 10 to 100 mV, and the frequency was scanned from 1000,000 Hz to 1 Hz. The measurement results are shown in the graph of FIG.
In addition, the ionic functional group capacity (IEC), water content at 25° C. and 80° C., and dimensional change rate due to water content were measured for each of the electrolyte membranes. The results are shown in the table of FIG.

実施例1のポリマー2から得られた電解質膜は、同等のIECを有する比較例1の電解質膜に対し、膨潤耐性も良好で、優れたイオン伝導性を示した。 The electrolyte membrane obtained from Polymer 2 of Example 1 also exhibited excellent ionic conductivity with good swelling resistance as compared to the electrolyte membrane of Comparative Example 1 having an equivalent IEC.

[化学的耐久性評価]
前記実施例1のポリマー2を、80℃に保持した8MのNaOH水溶液に1週間浸漬した。浸漬前後のポリマーのH-NMRスペクトルを図3に示す。図3は、浸漬前後のスペクトルを重ね合わせたものであるが、図3中のa、bの水素原子に由来のピークに変化はなく、アルカリに対して安定であることが示された。
[Chemical durability evaluation]
Polymer 2 of Example 1 was immersed in an 8M NaOH aqueous solution maintained at 80° C. for one week. 1 H-NMR spectra of the polymer before and after immersion are shown in FIG. FIG. 3 is a superimposition of the spectra before and after immersion. The peaks derived from hydrogen atoms a and b in FIG.

以上の通り、本発明のポリマーの製造方法によれば、ポリマー内にフッ素原子及びエーテル結合を有さず、重量平均分子量が100,000以上のポリマーを得ることができ、当該ポリマーは、成膜製が良好で、優れたイオン伝導性を示すとともに、膨潤耐性や化学的耐久性に優れていることが示された。 As described above, according to the method for producing a polymer of the present invention, a polymer having no fluorine atoms and ether bonds in the polymer and having a weight average molecular weight of 100,000 or more can be obtained. It was shown that the material was manufactured well, exhibited excellent ionic conductivity, and had excellent swelling resistance and chemical durability.

Claims (9)

下記式(1)で表される構成単位を含むポリマーの製造方法であって、
下記式(2A)で表される化合物と下記式(3A)で表される化合物とを、又は、
下記式(2B)で表される化合物と下記式(3B)で表される化合物とを、
下記式(4)で表される触媒存在下で反応させることを含む、ポリマーの製造方法。
Figure 2023037179000020
ただし、
Arはイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、
Arは芳香環を含む基であり、
Arはハロゲノ基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基、カルボン酸エステル基、イミダゾール基及びアミノ基より選択される官能基を有する芳香環を含む基であり、
及びXは、各々独立に、Br又はIであり、
及びRは、各々独立に、-B(OH)、-B(OR11、-BF11、又は、ボロン酸MIDAエステルであり、
11は、置換基を有していてもよいアルキル基であって、2つのR11が連結して環構造を形成してもよく、
11は1価のカチオンであり、
Lは、ホスフィン配位子である。
A method for producing a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1),
A compound represented by the following formula (2A) and a compound represented by the following formula (3A), or
A compound represented by the following formula (2B) and a compound represented by the following formula (3B),
A method for producing a polymer, comprising reacting in the presence of a catalyst represented by the following formula (4).
Figure 2023037179000020
however,
Ar 1 is a group containing an aromatic ring with an ion exchange group,
Ar 2 is a group containing an aromatic ring,
Ar 3 is a group containing an aromatic ring having a functional group selected from a halogeno group, a sulfonate group, a phosphate group, a carboxylate group, an imidazole group and an amino group;
X 1 and X 2 are each independently Br or I;
R 1 and R 2 are each independently -B(OH) 2 , -B(OR 11 ) 2 , -BF 3 X 11 , or MIDA boronic acid ester;
R 11 is an optionally substituted alkyl group, and two R 11 may be linked to form a ring structure,
X 11 is a monovalent cation,
L is a phosphine ligand.
前記反応を塩基存在下で行う、請求項1に記載のポリマーの製造方法。 2. The method for producing a polymer according to claim 1, wherein the reaction is carried out in the presence of a base. 前記反応時、前記触媒がL-PdClとして作用する、請求項1又は2に記載のポリマーの製造方法。 3. The method for producing a polymer according to claim 1, wherein the catalyst acts as L-PdCl during the reaction. 前記ホスフィン配位子が、トリ-tert-ブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、及び、2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,4’,6’-トリイソプロピルビフェニルより選択される1種以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載のポリマーの製造方法。 The phosphine ligand is at least one selected from tri-tert-butylphosphine, triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, and 2-dicyclohexylphosphino-2',4',6'-triisopropylbiphenyl A method for producing the polymer according to any one of claims 1 to 3. 下記式(1)で表される構成単位を含み、重量平均分子量が100,000以上である、ポリマー。
Figure 2023037179000021
ただし、
Arはイオン交換基を有する芳香環を含む基であり、
Arは芳香環を含む基である。
A polymer comprising a structural unit represented by the following formula (1) and having a weight average molecular weight of 100,000 or more.
Figure 2023037179000021
however,
Ar 1 is a group containing an aromatic ring with an ion exchange group,
Ar 2 is a group containing an aromatic ring.
フッ素原子を有しない、請求項5に記載のポリマー。 6. The polymer of claim 5, which has no fluorine atoms. 請求項5又は6に記載のポリマーを有する、電解質膜。 An electrolyte membrane comprising the polymer according to claim 5 or 6. 請求項7に記載の電解質膜を備える、燃料電池。 A fuel cell comprising the electrolyte membrane according to claim 7 . 請求項7に記載の電解質膜を備える、電解装置。 An electrolytic device comprising the electrolyte membrane according to claim 7 .
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