最終更新日2017年02月01日

氏名

スガ タケオ

須賀 健雄

職名

講師(専任)

所属理工学術院

(先進理工学部)

連絡先

メールアドレス

メールアドレス
takeosuga@waseda.jp
メールアドレス(その他)
takeosuga@toki.waseda.jp

住所・電話番号・fax番号

住所
〒169-8555東京都 新宿区大久保3-4-1 早稲田大学理工学部 65号館208B室
電話番号
03-5286-3206
fax番号
03-3209-5522

URL等

WebページURL

http://www.waseda-applchem.jp/jp/lab/lab022.html?m=la(早稲田大学 応用化学科 教員プロフィール)

http://www.appchem.waseda.ac.jp/~polymer/member.html(高分子化学研究室ホームページ)

研究者番号
10409659

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院先進理工学研究科)

学歴・学位

学歴

1999年04月-2003年03月 早稲田大学 理工学部 応用化学科
2003年04月-2004年03月 早稲田大学 理工学研究科 応用化学専攻
2004年04月-2007年03月 早稲田大学 理工学研究科 応用化学専攻

学位

博士(工学) 課程 早稲田大学 高分子化学

経歴

2005年04月-2007年03月早稲田大学理工学部応用化学科助手
2007年04月-2008年08月早稲田大学化学科博士研究員
2008年09月-2009年08月早稲田大学先進理工学研究科応用化学専攻研究助手
2009年09月-2010年03月早稲田大学先進理工学研究科応用化学専攻次席研究員
2010年04月-2012年03月早稲田大学理工学研究所次席研究員(研究院講師)
2012年04月-2016年03月早稲田大学高等研究所テニュアトラック助教
2016年04月-早稲田大学先進理工学部応用化学科専任講師

所属学協会

高分子学会

日本化学会

電気化学会

アメリカ化学会

アメリカ化学会高分子部門

アメリカ化学会高分子材料部門

ラドテック研究会

超分子研究会

無機高分子研究会

委員歴・役員歴(学外)

2006年03月-関東高分子若手研究会世話人
2016年11月-高分子学会関東支部23区地区幹事
2017年01月-ラドテック研究会幹事(理事)
2017年05月-高分子学会代議員

受賞

高分子学会広報委員会パブリシティ賞

2017年05月

新学術領域「元素ブロック」第一回若手シンポジウム優秀講演賞

2013年10月

高分子研究奨励賞 (高分子学会)

2013年05月

IUPAC Macro2012 Lecture Award アメリカ化学会高分子材料部門

2012年06月

日本学術振興会 国際学会等派遣事業

2009年06月

FAPS 1st Polymer Congress ポスター賞

2009年10月

ゴードン研究会議(高分子) 若手口頭発表賞

2009年06月

水野賞(早稲田大学)

2007年03月

3rd IUPAC MAM-06 ポスター賞

2006年06月

WISE奨学金 (早大)

2004年04月

取材ガイド

専門分野
高分子化学

その他基本情報

特許 1. T. Suga, H. Nishide, B. Winther-Jensen, “Conducting polymer/redox polymer blends via in-situ oxidative polymerization”, PCT Int. Appl. (2012), WO 2012121417 A1 20120913 国際特許公開 2. W. H. Heath, T. Suga, S. M. June, T. E. Long, “High-Performance Photo-reversible Structural Adhesives for Electronics Fabrication” US Patent 出願済, 2009.4. 3. 西出 宏之、森岡 由紀子、藤本 信貴、須賀 健雄、岩佐 繁之、金原 祐治、「ポリラジカル化合物、電極活物質および電池」特許公開2008-2880401, 2008年11月20日 4. 西出 宏之、岩佐 繁之、藤本 信貴、須賀 健雄、中原 謙太郎、金原 祐治、「ポリラジカル化合物および電池」、特許公開2008-280400, 2008年11月20日 5. 西出 宏之、須賀 健雄、多田 健太郎、「二次電池用活物質層及びその形成方法並びに二次電池用活物質層形成用塗布液」特開2007-184227, 2007年7月19日 6. 西出 宏之、須賀 健雄、多田 健太郎、「ノルボルネン系架橋共重合体及びその製造方法」特開2007-70384, 2007年3月22日 7. 西出 宏之、須賀 健雄、岩佐 繁之、「電極活物質、電池およびポリラジカル化合物」特開2006-73240, 2006年3月16日

研究分野

キーワード

高分子合成、機能性高分子、有機デバイス

科研費分類

化学 / 複合化学 / 高分子化学

共同研究希望テーマ

機能性コーティング

希望連携機関:産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等

目的:受託研究、共同研究

ラジカルポリマー

希望連携機関:産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等

目的:受託研究、共同研究

研究テーマ履歴

2014年-2015年光駆動型精密ラジカル重合を組み込んだ光硬化制御と機能性表面の創出 (挑戦的萌芽研究)

研究テーマのキーワード:精密ラジカル重合、光硬化、相分離

個人研究

2013年-気相重合による元素ブロック共役高分子のドメイン形成と機能展開 (新学術領域「元素ブロック」)

研究テーマのキーワード:気相重合、元素ブロック、共役高分子

個人研究

2011年-2013年ラジカル/イオン含有ブロック共重合体の自己組織化と有機デバイスへの展開 (基盤C)

研究テーマのキーワード:機能性高分子、ミクロ相分離、レドックス、自己組織化

個人研究

2009年-2010年有機ラジカル含有ブロック共重合体の精密合成と相分離制御から見た電荷蓄積機能の展開 (若手B)

研究テーマのキーワード:ラジカル、ブロック共重合体、精密重合、ミクロ相分離、電荷蓄積、有機メモリ

個人研究

2006年-2007年新しい分子構造による機能性高分子の創製(学振日米二国間共同研究)

研究テーマのキーワード:ラジカル高分子、精密ラジカル重合、ブロック共重合体、エレクトロスピニング

国際共同研究

2005年-2006年酸化還元ラジカル高分子: 合成と有機二次電池への展開 (基盤B)

研究テーマのキーワード:ラジカルポリマー、二次電池、電極活物質、レドックス

機関内共同研究

論文

Ionic Liquid-Triggered Redox Molecule Placement in Block Copolymer Nanotemplates toward an Organic Resistive Memory

T. Suga*, K. Aoki, H. Nishide*

ACS Macro Lett.4p.892 - 8962015年08月-

DOI

Visualization of Oxygen Partial Pressure and Numerical Simulation of a Running Polymer Electrolyte Fuel Cell with Straight Flow Channels to Elucidate Reaction Distributions

K. Nagase, H. Motegi, M. Yoneda, Y. Nagumo, T. Suga, M. Uchida, J. Inukai, H. Nishide, and M. Watanabe

ChemElectroChem2015年-

DOI

Phenothiazine-functionalized redox polymers for a new cathode-active material

A. A. Golriz, T. Suga, H. Nishide, R. Berger, J. S. Gutmann

RSC Advances5p.22947 - 229502015年-

Topochemical conversion of a dense metal-organic framework from a crystalline insulator to an amorphous semiconductor

S. Tominaka, H. Hamoudi, T. Suga, T. D. Bennett, A. B. Cairns, A. K. Cheetham

Chemical Science6p.1465 - 14732015年-

Real-time visualization of oxygen partial pressures in straight channels of running polymer electrolyte fuel cell with water plugging

K. Nagase, T. Suga, Y. Nagumo, M. Uchida, J. Inukai, H. Nishide, M. Watanabe

J. Power Sources273p.873 - 8772015年-

Oxygen partial pressures on gas-diffusion layer surface and gas-flow channel wall in polymer electrolyte fuel cell during power generation studied by visualization technique combined with numerical simulation

Y, Ishigami, W. Waskitoaji, M. Yoneda, K. Takada, T. Hyakutake, T. Suga, M. Uchida, Y. Nagumo, J. Inukai, H. Nishide, M. Watanabe

J. Power Sources269p.556 - 5642014年-

Synthesis of Pendant Radical- and Ion-Containing Block Copolymers via Ring-Opening Metathesis Polymerization for Organic Resistive Memory

Suga, Takeo;Sakata, Miki;Aoki, Kohei;Nishide, Hiroyuki

ACS MACRO LETTERS3(8)p.703 - 7072014年-2014年

DOIWoS

詳細

ISSN:2161-1653

Photoactive polyesters containing o-nitro benzyl ester functionality for photodeactivatable adhesion

S. M. June, T. Suga, W. H. Heath, Q. Lin, R. Puligadda, L. Yan, D. Dillard, T. E. Long

J. Adhesion89p.5482013年-

Real-Time Visualization of CO2 Generated by Corrosion of the Carbon Support in a PEFC Cathode

Ishigami, Yuta;Maeda, Itsumi;Takada, Kenji;Hyakutake, Tsuyoshi;Suga, Takeo;Inukai, Junji;Uchida, Makoto;Nagumo, Yuzo;Nishide, Hiroyuki;Watanabe, Masahiro

ELECTROCHEMICAL AND SOLID STATE LETTERS15(4)p.B51 - B532012年-2012年

DOIWoS

詳細

ISSN:1099-0062

Redox-Active Radical Polymers for a Totally Organic Rechargeable Battery

Takeo Suga, Hiroyuki Nishide

ACS Symp Series1096p.45 - 532012年-

Electrospinning of radical polymers: redox-active fibrous membrane formation

Suga, Takeo;Hunley, Matthew T.;Long, Timothy E.;Nishide, Hiroyuki

POLYMER JOURNAL44(3)p.264 - 2682012年-2012年

DOIWoS

詳細

ISSN:0032-3896

Morphology-Driven Modulation of Charge Transport in Radical/Ion-Containing, Self-Assembled Block Copolymer Platform

Takeo Suga, Shunya Takeuchi, and Hiroyuki Nishide

Advanced Materials23p.5545 - 55492011年12月-2011年12月 

P- and N-Type Bipolar Redox-Active Radical Polymer toward a Totally Organic Polymer-Based Rechargeable Devices with Variable Configuration

T. Suga, S. Sugita, H. Ohshiro, K. Oyaizu, H. Nishide

Advanced Materials23p.751 - 7542011年-2011年

Synthesis and Charge Transport Properties of Redox-active Polyethers with Large Site Density

K. Oyaizu, T. Kawamoto, T. Suga, H. Nishide

Macromolecules43p.10382 - 103892010年-2010年

Photo-reactive Polyimides and Poly(siloxane imide)s as Reversible Polymeric Interfaces

S. M. June, T. Suga, W. H. Heath, R. Puligadda, Q. Lin, T. E. Long

J. Adhesion86p.1012 - 10282010年-2010年

Synthesis of Poly(oxoammonium salt)s and Their Electrical Properties in the Organic Thin Film Device

Takeo Suga, Shunya Takeuchi, Takanori Ozaki, Miki Sakata, Kenichi Oyaizu, and Hiroyuki Nishide

Chemitry Letters38(12)p.1160 - 11612009年12月-2009年12月 

有機ラジカル電池: フレキシブル全有機蓄電デバイスへ向けて

須賀健雄、西出宏之

月刊 機能材料29(10)p.36 - 422009年10月-

Redox-Active Nitroxide Radical Polymers: From Green Catalysts to Energy Storage Devices

Wihatmoko Waskitoaji, Takeo Suga, Hiroyuki Nishide

American Institute of Physics Conf. Proc.1169p.13 - 182009年09月-

2-Nitro-p-xylene glycol as a functional monomer for photoreleasable adhesion.

S. M. June, T. Suga, W. H. Heath, Q. Lin, R. Puligadda, T. E. Long

Polymer Preprints2009年08月-2009年08月 

Photoactive poly(siloxane imides) as high performance structural adhesives with tailorable interfacial strength. June, Stephen M.; Suga, Takeo; Heath, William H.; Lin, Qin; Puligadda, Rama; Long, Timothy E.

S. M. June, T. Suga, W. H. Heath, Q. Lin, R. Puligadda, T. E. Long

Polymer Preprints2009年08月-2009年08月 

Emerging N-Type Redox-Active Radical Polymer for a Totally Organic Polymer-Based Rechargeable Battery

T. Suga, H. Ohshiro, S. Sugita, K. Oyaizu, H. Nishide

Advanced Materials21(16)p.1627 - 1630

DOI

Synthesis of Diazocine-Containing Poly(arylene ether sulfone)s for Tailored Mechanical and Electrochemical Performance

T. Suga, S. Wi, T. E. Long

Macromolecules42(5)p.1526 - 1532

DOI

Synthesis and Characterization of Radical-Bearing Polyethers as an Electrode-Active Material for Organic Radical Batteries

Kenichi Oyaizu, Takeo Suga, Kentaro Yoshimura, Hiroyuki Nishide

Macromolecules41p.6646 - 66522008年-

Block copolymers containing stable free radicals: synthesis and magnetic force microscopic morphological investigations.

T. Suga, B. D. Mather, H. Nishide, T. E. Long

Polymer Preprints (American Chemical Society)49(1)p.304 - 3052008年04月-2008年04月 

Synthesis of diazocine-containing polysulfones and their mechanical and electrochemical properties. 49(1), 388-389, (2008).

T. Suga, T. E. Long

Polymer Preprints (American Chemical Society)49(1)p.388 - 3892008年04月-2008年04月 

Synthesis of photosensitive poly(arylene imide sulfone)s

T. Suga, T. E. Long

Polymer Preprints (American Chemical Society)49(1)p.622 - 6232008年04月-2008年04月 

Cathode- and Anode-Active Poly(nitroxylstyrene)s for Rechargeable Batteries: P and N-Type Redox Switching via Substituent Effects”, 40, 3167.

Takeo Suga, Yong-Jin Pu, Shinji Kasatori, Hiroyuki Nishide

Macromolecules40p.31672007年-

Photo-Crosslinked Nitroxide Polymer Cathode Leading to an Organic-Based Paper Battery

Takeo Suga, Hiroaki, Konishi, Hiroyuki Nishide

Chemical Communicationsp.1730 - 17322007年-

Nitroxide-Substituted Polyether as a New Material for Batteries

Takeo Suga, Kentaro Yoshimura, Hiroyuki Nishide

Macromolecular Symposia245-246p.4162006年-

「有機ラジカル電池: 主鎖分子設計と電荷輸送」

須賀 健雄、西出 宏之

超分子研究会アニュアルレビュー27p.12 - 132006年-

Organic radical battery

H. Nishide T. Suga

Electrochemical Society Interface (Featured as Cover Picture)14(4)p.32 - 362005年-

Electron-Transfer Kinetics of Nitroxide Radicals as an Electrode-Active Material

T. Suga, Y.-J. Pu, K. Oyaizu, H. Nishide

Bull. Chem. Soc. Jpn77p.2203 - 22042004年-

"Organic Radical Battery: Nitroxide Polymers as a Cathode-Active Material"

H. Nishide, S. Iwasa, Y.-J. Pu, T. Suga, K. Nakahara, M. Satoh

Electrochim. Acta50p.827 - 8312004年-

Morphology-driven modulation of charge transport in radical/ion-containing, self-assembled block copolymer platform.

Morphology-driven modulation of charge transport in radical/ion-containing, self-assembled block copolymer platform.23(46)2011年-2011年

DOI

詳細

ISSN:1521-4095

概要::A TEMPO-substituted ionic liquid was selectively incorporated into well-defined, self-assembled block copolymer templates, which served as an active layer for organic nonvolatile memory. Phase structures (sphere, cylinder, and lamellae) and their orientation modulated the resistive switching behavior, which demonstrated the unprecedented, morphology-driven charge transport in the organic electronic devices.

低温起動時における固体高分子形燃料電池ガス拡散層表面の酸素分圧可視化

永瀬 勝也;内田 誠;南雲 雄三;須賀 健雄;犬飼 潤治;西出 宏之;渡辺 政廣

表面科学学術講演会要旨集36(0)2016年-2016年

CiNii

詳細

概要:5本ストレート流路をもつ固体高分子形燃料電池(PEFC)の、低温起動時のアノードガス拡散層(GDL)表面における酸素分圧可視化を行った。GDL表面には酸素感応色素を塗布した。PEFCの低温起動中に透明のエンドプレートを通してGDL表面に緑色光を照射し、色素からの赤色発光をCCDカメラで撮影した。得られた発光像をピクセルごとにコンピュータ処理し2次元の酸素分圧可視化像に変換した。初めは両端の流路でもっぱら発電が進行したが、発生水による触媒層凍結により、発電領域は中央流路に移動していくことが明瞭に観察された。

"Click" Incorporation of Radical/Ionic Sites into a Reactive Block Copolymer: A Facile and On-Demand Domain Functionalization Approach toward Organic Resistive Memory

Suga, Takeo; Aoki, Kohei; Yashiro, Toshiaki; Nishide, Hiroyuki

Macromolecular Rapid Communications37(1)p.53 - 592016年01月-2016年01月 

DOIScopus

詳細

ISSN:10221336

概要:© 2015 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.Reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization yields reactive block copolymers bearing the pentafluorophenyl ester (PFPA) group, and subsequent Click amidation using 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl- and imidazolium-functionalized primary amines produces the corresponding functional block copolymers, leading to installation of statistical radical- and ionic sites into the PFPA segment. The monolayered thin film devices fabricated using the obtained block copolymers exhibit repeatable switching of electric conductivity (on/off ratio > 103) under a bias voltage, which reveals that the coexistence of radicals and ions in the same spherical domain of the copolymer layer is a prerequisite for repeatable switching memory.

Unraveling Inter- and Intrachain Electronics in Polythiophene Assemblies Mediated by Coordination Nanospaces

MacLean, Michael W A; Kitao, Takashi; Suga, Takeo; Mizuno, Motohiro; Seki, Shu; Uemura, Takashi; Uemura, Takashi; Kitagawa, Susumu; Kitagawa, Susumu

Angewandte Chemie - International Edition55(2)p.708 - 7132016年01月-2016年01月 

DOIScopus

詳細

ISSN:14337851

概要:© 2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.Strong interchain interactions render unsubstituted polythiophene un-fusible, non-melting, and insoluble. Therefore, control of the packing structure, which has a profound effect on the optical and electronic properties of the polymer, has never been achieved. Unsubstituted polythiophene was prepared in the one-dimensional channels of [La(1,3,5-benzenetrisbenzoate)]n, where polymer chains form unprecedented assembly structures mediated by the host framework. It is noteworthy that the emission and carrier transport properties were drastically changed by varying the number of chains within a particular assembly. The response of the composite to additional guests is also examined as a method to use the composites as low-concentration sensors. Our findings show that the encapsulation of polymer chains in host materials is a facile method for understanding the intrinsic properties of conjugated polymers, along with controlling and enhancing their functions.

Simultaneous visualization of oxygen partial pressure, current density, and water droplets in serpentine fuel cell during power generation for understanding reaction distributions

Takanohashi, Kazuhiro; Suga, Takeo; Uchida, Makoto; Ueda, Toshihide; Nagumo, Yuzo; Inukai, Junji; Nishide, Hiroyuki; Watanabe, Masahiro

Journal of Power Sources343p.135 - 1412017年03月-2017年03月 

DOIScopus

詳細

ISSN:03787753

概要:© 2017 Elsevier B.V.Understanding the reaction distributions inside a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is essential for the higher performance and durability. We have developed a new see-through cell and visualized the distributions of oxygen partial pressure and current density inside a running PEFC at the temperature of 40 and 80 °C and the relative humidity of 53%. The oxygen utilization was changed from 0% to 80% by changing the current density. At higher oxygen utilizations, the current density was higher and therefore the water generation. Generated water droplets in the flow channel were also visualized, allowing for the simultaneous visualization of the distribution of the oxygen partial pressure, current density, and water droplets. By combining the observations of all three parameters, the reactions inside a membrane-electrode assembly were discussed.

Quantifying TEMPO Redox Polymer Charge Transport toward the Organic Radical Battery

Karlsson, Christoffer; Suga, Takeo; Nishide, Hiroyuki

ACS Applied Materials and Interfaces9(12)p.10692 - 106982017年03月-2017年03月 

DOIScopus

詳細

ISSN:19448244

概要:© 2017 American Chemical Society.To design new and better organic active battery materials in a rational fashion, fundamental parameters of the charge transport must be studied. Herein we report on the electronic conductivity by electron diffusion in a TEMPO-containing redox polymer, and the reorganization energy of the TEMPO self-exchange in an organic solvent is determined for the first time. The electronic conductivity was 8.5 μS/cm at E0 and corresponded to a redox hopping mechanism. The apparent electron diffusion coefficient was 1.9 × 10-9 cm2/s at room temperature, and at short times the ion diffusion was limiting with a diffusion coefficient of 6.5 × 10-10 cm2/s. The reorganization energy was determined to be 1.01 eV, indicating a rather polar chemical environment for the TEMPO groups. The implications for the usage of this type of materials in organic energy storage are discussed. As conductivity through 10 μm was demonstrated, we show that, if sufficient swellability can be ensured, charge can be transported through several micrometer thick layers in a battery electrode without any conducting additive.

書籍等出版物

"ラジカルポリマー電池”, 高分子ナノテクノロジーハンドブック, pp881-885.

須賀健雄

エヌ・ティー・エス2014年 03月-

詳細

ISBN:978-4-86043-410-6

"ラジカルポリマー電池”, 高分子ナノテクノロジーハンドブック, pp881-885.

須賀健雄、西出宏之

サイエンス&テクノロジー2012年 03月-

詳細

ISBN:978-4-86428-038-9

"PEDOTの気相重合", PEDOTの材料物性とデバイス応用, pp58-64.

須賀健雄、西出宏之

シーエムシー出版2011年 12月-

詳細

ISBN:978-4-7813-0478-6

“ラジカルポリマー電池”, 全固体電池開発の最前線, pp144-152.

須賀健雄, 西出宏之

John Wiley and Sons, Inc2011年-

詳細

ISBN:10.1002/0471440264.p

”Magnetic polymer" in Encyclopedia of Polymer Science and Technology

H. Nishide, T. Suga

Wiley VCH2010年 07月-

詳細

ISBN:978-0-470-77083-2

"Rechargeable Batteries Using Robust But Redox-Active Organic Radicals" in Stable Radicals: Fundamental and Applied Aspects of Odd-electron Compounds

T. Suga, H. Nishide

NTS2006年 02月-

詳細

ISBN:978-4860431020

”有機ラジカル電池 -基礎と応用-”, 電池革新が拓く次世代電源

須賀健雄、西出宏之

講演・口頭発表等

気相重合を用いたポリチオフェン/ラジカルポリマー複合膜の作成と全有機二次電池への展開

第60回高分子学会年次大会(大阪)2011年05月25日

詳細

口頭発表(一般)

「有機ポリマー電池」

早稲田大学ナノテクノロジーフォーラムジョイントフェア20102010年11月15日

詳細

口頭発表(一般)

ラジカル/イオンドメインの自己組織化と有機薄膜素子への展開

高分子討論会 (札幌)2010年09月

詳細

口頭発表(一般)

精密ラジカル重合によるラジカル/イオン含有ブロック共重合体の合成と相分離構造

第59回高分子学会年次大会(横浜)2010年05月

詳細

口頭発表(一般)

ラジカル/イオン含有相分離膜の構築と電荷蓄積・輸送

10−1超分子研究会「電荷分離・輸送材料を指向した超分子デザイン」依頼講演2010年05月

ラジカル/イオン含有ミクロ相分離膜の有機メモリ素子への応用

日本化学会第90回春季年会 ATPプログラム2010年03月

詳細

口頭発表(一般)

ラジカル/イオン含有ブロック共重合体のミクロ相分離構造と有機薄膜素子における電荷蓄積・輸送

高分子学会討論会2009年09月

詳細

口頭発表(一般)

ミクロ相分離構を持つラジカル含有ブロック共重合体

第58回高分子学会年次大会2009年05月

詳細

口頭発表(一般)

TEMPO/オキソアンモニウム塩置換高分子薄膜素子の電気・誘電物性

第58回高分子学会年次大会2009年05月

詳細

口頭発表(一般)

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:新学術領域研究(研究領域提案型)

ナノ反応場における気相重合と元素ブロック共役高分子の構造・機能制御

2015年-2016年

研究分野:元素ブロック高分子材料の創出

配分額:¥2990000

研究種別:挑戦的萌芽研究

光駆動型精密ラジカル重合を組み込んだ光硬化制御と機能性表面の創出

2014年-2015年

研究分野:高分子化学

配分額:¥3900000

研究種別:新学術領域研究(研究領域提案型)

気相重合による元素ブロック共役高分子のドメイン形成と機能展開

2013年-2014年

研究分野:元素ブロック高分子材料の創出

配分額:¥6760000

研究種別:挑戦的萌芽研究

ラジカルポリマー/π共役系のその場構築と高速電荷貯蔵

2013年-2014年

研究分野:高分子・繊維材料

配分額:¥3900000

研究種別:基盤研究(C)

ラジカル/イオン含有ブロック共重合体の自己組織化と有機デバイスへの展開

2011年-2013年

研究分野:高分子化学

配分額:¥5330000

研究種別:若手研究(B)

有機ラジカル含有ブロック共重合体の精密合成と相分離制御から見た電荷蓄積機能の展開

2009年-2010年

研究分野:高分子化学

配分額:¥3250000

研究種別:基盤研究(S)

ラジカルポリマーのSOMO設計と全有機二次電池の創製

2007年-2011年

研究分野:高分子化学

配分額:¥100880000

研究種別:基盤研究(B)

ラジカルポリマーの合成と有機ラジカル電池の創製

2005年-2006年

研究分野:高分子化学

配分額:¥14900000

研究資金の受入れ状況

実施形態:受託教育

JXTGエネルギー: 高分子材料2015年-

実施形態:受託教育

三菱化学: 機能性高分子の表面構造形成2013年-

実施形態:受託教育

みずほ学術振興財団: 機能性ブロック高分子の精密合成と相界面に基づく電子・光物性の開拓2013年-2014年

実施形態:受託教育

東電財団研究助成(エネルギー一般): ラジカル高分子を用いた有機二次電池の電極素過程の解析と電極活物質の開拓2011年-2012年

実施形態:共同研究

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO):燃料電池可視化プロジェクト(山梨大と共同)2009年-2011年

実施形態:共同研究

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)プロジェクト: ユビキタスパワー向け小型・薄型電池の研究開発 (NEC、DIC、住友精化との共同研究)2006年-2007年

実施形態:受託教育

有機ラジカルポリマー電池材料の研究 (東洋合成との共同研究)2005年-2006年

実施形態:共同研究

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)プロジェクト:バックアップ用高出力電池の研究開発 (NECとの共同)2002年-2004年

学内研究制度

特定課題研究

ニトロキシドラジカルポリマーの合成と有機ラジカル電池への展開

2005年度

研究成果概要:1. n型ラジカルポリマーの合成と酸化還元挙動 ニトロキシドのo-位に電子吸引基としてトリフルオロメチル基を置換したスチレン誘導体を合成し、ラジカル重合、脱保護・化学酸化を経てラジカルポリマーへ誘導した。CVよりカソード側-0.7...1. n型ラジカルポリマーの合成と酸化還元挙動 ニトロキシドのo-位に電子吸引基としてトリフルオロメチル基を置換したスチレン誘導体を合成し、ラジカル重合、脱保護・化学酸化を経てラジカルポリマーへ誘導した。CVよりカソード側-0.76 Vにn型の酸化還元波が現れ、繰り返し掃引しても安定であった。無置換誘導体ではp型レドックスを示すことより、置換基の電子効果によりレドックス対の選択が可能であることを実証した。n型高分子で作製した炭素複合電極は、溶液と異なり不可逆な酸化還元挙動を示した。定電位電解、電解ESR、電解UV測定より安定性を検証中である。2. ラジカル高分子層における電子・物質(対イオン)移動過程の解析  TEMPO置換ポリメタクリレートから成る高分子被覆電極(膜厚2x10-6m)のCVは、ピーク電位幅狭く、電気化学パルス法から高分子膜中における電荷の見かけの拡散係数Dappは10-8 (cm2/s)桁と見積もられ、高分子膜内においても速い電子移動を明らかにした。複合電極の走査電顕像より炭素繊維の周り約100 nm厚みで高分子が覆う形態が観察され、高分子層内をホッピングして電子伝達されていることが示唆された。3. TEMPO置換ポリグリシジルエーテルの合成と電気化学特性 高容量かつ電解質との相容性が期待できるポリエーテルを主鎖に選択、TEMPOを側鎖に置換したラジカルポリマーを分子設計、アニオン開環重合により分子量約3万の高分子量体を得た。ラジカルポリマー/炭素複合電極を正極、リチウム負極とした試作セルは、3.7 Vにプラトー電位、100サイクル後も安定した充放電挙動を示し、電極活物質としてきわめて安定であることを明らかにした。 今後は、選ばれたラジカルポリマーの電極・セル評価を進めるとともに、n型レドックス能を有するラジカルポリマーを分子設計・精密合成し、全有機から成る薄型フレキシブルな電池実現を目指し展開予定である。

ニトロキシド置換ポリノルボルネンの合成と有機ラジカル薄型電池への応用

2006年度

研究成果概要:(1) 光架橋ラジカルポリマーの合成と薄型二次電池への応用 電極としての成形性を付与させるため、TEMPO置換ポリノルボルネンを合成、光架橋を適用した。ノルボルネンジカルボン酸無水物を出発物として4-ヒドロキシ-TEMPOを反応さ...(1) 光架橋ラジカルポリマーの合成と薄型二次電池への応用 電極としての成形性を付与させるため、TEMPO置換ポリノルボルネンを合成、光架橋を適用した。ノルボルネンジカルボン酸無水物を出発物として4-ヒドロキシ-TEMPOを反応させジエステルへ誘導、Grubbs触媒を用いて開環メタセシス重合し、高分子量体(分子量約2万)を得た。得られた高分子はTHF、クロロホルムなど有機溶媒に可溶で、高い成膜性を有した。ポリノルボルネンの主鎖オレフィン部位へ選択的にビスアジド誘導体を光付加させ、ラジカル部位の損傷なく架橋ラジカル薄膜を得た。ラジカル薄膜はアノード側約0.8 V対Ag/AgClにTEMPOのp型酸化還元対に由来する安定な酸化還元波を示し、膜厚250 nmまで導電補助剤なしでも迅速かつ定量的な電子授受が可能であることを明らかにした。光パターニングにより膜厚、形状を制御したラジカル薄膜が得られ、薄型かつ柔軟なペーパー電池につながることを実証した。(2) n型ラジカルポリマーの合成と全有機二次電池への展開  n型の酸化還元能を有するガルビノキシルラジカルに着目し、負極活物質として全有機二次電池へ適用した。シリル保護したブロモフェノール誘導体をリチオ化、4-ブロモ-1-メチルベンゾエートと反応させガルビノキシ骨格を構築した。Stilleカップリングによりスチレンモノマーへと誘導し、二官能性アクリレートとラジカル共重合させることにより架橋、化学酸化を経てポリ(ガルビノキシルスチレン)を得た。塩基性下、0.1 V (対Ag/AgCl)にn型の酸化還元波を示し、TEMPO置換ポリノルボルネン正極と組み合わせ試作した電池では、それぞれの酸化還元電位の差に対応する0.7 Vに電位平坦部が現れ、両極とも有機ラジカルから成る二次電池の動作をはじめて実証できた。

気固界面における反応集積化と有機電子材料の創出

2012年度

研究成果概要: 電荷蓄積能を持つp, n型レドックスポリマー存在下で、その場(in-situ)重合により導電性高分子(PEDOT, PEDOP)を形成することで、高容量かつフレキシブルな有機複合電極の創出を目的とする。本研究ではin-situ重... 電荷蓄積能を持つp, n型レドックスポリマー存在下で、その場(in-situ)重合により導電性高分子(PEDOT, PEDOP)を形成することで、高容量かつフレキシブルな有機複合電極の創出を目的とする。本研究ではin-situ重合法として気相酸化重合および電解酸化重合を比較しながら、得られた複合層の電荷蓄積・輸送能について考察した。また、その場重合を有機半導体(ドナー材料)の調製法として提案し、アクセプターとの複合化による光電変換層の構築も試みた。1) p, n型ラジカルポリマーとの複合化とフレキシブル全有機二次電池の作製 気相酸化重合はラジカル機構で進行するため、TEMPO存在下では重合阻害される。過剰量の酸化剤p-トルエンスルホン酸鉄(III) (Fe(OTs)3)で予めTEMPOをオキソアンモニウムカチオンへと誘導後、基材(ガラス基板、PET不織布など)に成膜、EDOT雰囲気下で気相重合した(70°C, 60 min.)。電解酸化重合では、TEMPOが酸化される1.5 V vs. Ag/AgClを定電位印加し、その上でEDOTを供給、重合させることで複合膜を得た。得られたPEDOT/PTAm(1/3 w/w)複合膜の放電曲線では、120 C rate(30秒での高速充電に対応)においても理論容量を維持した。PEDOT組成の増加にともない出力特性が向上し、交流インピーダンス測定からも電荷移動抵抗の減少が見られたことから、PEDOTを介した電荷輸送の促進が支持された。 PET不織布上に形成したPEDOT/PTAm, PEDOT/PGSt複合膜をそれぞれ正・負極として、電解液としてイオン液体1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート(BmimBF4)を含むセパレーターを挟み、ラミネートしてフレキシブルな全有機電池を作製した。両レドックスポリマーの酸化還元電位差に相当する0.67 Vにプラトー電位を示し、繰り返し安定な充放電挙動を示す二次電池として作動することを明らかにした。2) 気相重合を用いたドナー層の構築と光電変換素子の作製 ITO基板上にホール輸送層としてPEDOT/PSS水分散液を成膜後、酸化剤溶液(Fe(OTs)3/BuOH(1, 7, 10 wt%))を塗布しターチオフェンを気相重合した。エタノール洗浄、ヒドラジンによる脱ドープを経て、ドナー層として無置換ポリチオフェンを得た。アクセプター層としてPCBM/モノクロロベンゼン溶液を積層後、ホールブロッキング層としてTiOxを形成、Alを真空蒸着して積層型素子を作製した。また、PCBMと酸化剤を塗布し、気相重合させることによってドナー・アクセプター混合(BHJ)型素子も合わせて作製した。各層の膜厚最適化およびアクセプターとして吸光度、溶解性の高いPC71BMを用いることで、積層型素子の1 Sun照射下におけるJ-V測定より変換効率η = 0.63 %を示した。また、無置換ポリチオフェンから低バンドギャップ性のポリベンゾチアジアゾールへの拡張を試み、新たなドナー層構築法としての気相重合の可能性を見出した。 以上の成果を元に、新学術領域研究(元素ブロック)に申請し、無事採択された(2013.4.)。

イオン液体を用いた機能分子のミクロ相分離構造への選択集積

2012年度

研究成果概要: 汎用ブロック共重合体(例えばPS-b-PEO)が自己組織化して形成する多様なミクロ相分離構造への機能部位の創り込みは、電荷輸送・分離界面を構築する手法として提案できる。これまでにラジカル/イオンを含むミクロドメイン構造の違いによ... 汎用ブロック共重合体(例えばPS-b-PEO)が自己組織化して形成する多様なミクロ相分離構造への機能部位の創り込みは、電荷輸送・分離界面を構築する手法として提案できる。これまでにラジカル/イオンを含むミクロドメイン構造の違いにより、例えばスフィア型では繰返し書込み可能なメモリ特性、シリンダー型では1回書込み型のメモリ特性を示し、水平ラメラ型ではメモリ特性が現れない、などメモリ特性の創り分けが可能なことを報告してきた。本研究では、メモリ特性の発現には酸化還元能を有するラジカルと電荷補償イオンとの界面構築が重要な因子と捉え、PS-b-PEOが形成するミクロ相分離構造への機能部位の選択的集積化(配置)を検討した。また、そのときに発現するメモリ特性を相分離構造と相関させて評価した。 機能部位として安定かつ迅速な電荷授受能を有するTEMPOラジカルを選択し、イオン液体部位(IL)を結合した誘導体1とILを持たない誘導体2を合成、マトリクスとしてスフィア型のポリ(スチレン-b-エチレンオキサイド)(PS-b-PEO)へと添加した。このときの相分離構造の変化をDSC, AFM, TEM, SAXS及び固体NMRにより解析した。PS-b-PEOへの1の添加では、PEOセグメントの結晶融解ピークの消失、PEOドメインサイズの増大などから1のPEOドメインへの選択配置を支持した。対称的に、2の添加では結晶融解ピークは消失せず、PEOドメイン間隔の増大などから2のPSドメインへの選択配置を支持し、以上の結果より機能性分子のドメイン選択的な配置が可能であることを明らかにした。また、1のみ10 wt%添加、および2とILを各々10 wt%添加したPS-b-PEOをそれぞれITO基板へ成膜し、アニーリング後、Alを蒸着することで単層有機メモリ素子を作製した。1を添加した素子では繰り返し書き換え可能なメモリ特性が、2とILをそれぞれ10 wt%添加した素子では一回書込み型(WORM)のメモリ特性が得られ、同一ドメイン中におけるTEMPOとイオン液体の共存の有無が発現するメモリ特性に影響することを明らかにした。一部、独・Max Planck研究所との共同研究として走査プローブ顕微鏡を用いた局所(ドメイン)導電性変化についても観測し、メモリ特性の発現機構への足がかりを得た。

反応性ブロック型高分子の合成と機能化

2013年度

研究成果概要:1. 研究目的 ラジカル・イオンを用いた有機メモリ特性の発現には、モルフォロジーの制御と機能部位の選択的なドメイン配置が鍵となる。本研究課題では、Click反応を用いてラジカル/イオンを任意の割合で導入、共存させたブロック共重合体...1. 研究目的 ラジカル・イオンを用いた有機メモリ特性の発現には、モルフォロジーの制御と機能部位の選択的なドメイン配置が鍵となる。本研究課題では、Click反応を用いてラジカル/イオンを任意の割合で導入、共存させたブロック共重合体の合成、AFMによる相分離構造解析およびI-V特性の評価を目的とする。またControl実験としてペンタフルオロフェニルエステルを有する単独重合体にラジカル/イオンを導入したランダム共重合体の合成およびI-V特性も合わせて報告する。2. アミノ基修飾イオン液体の合成とClick反応 1-メチルイミダゾールに2-ブロモエチルアミン臭化水素塩を反応させイミダゾリウム塩へと誘導後、PF6塩にアニオン交換した。中和によりアミノ基を遊離させるとイミダゾリウムからプロトン脱離によるカルベンの副生が示唆されたため、Click反応時にin-situで中和することにした。RAFT重合により得られた活性エステル(PFPA)含有ブロック共重合体(PS-PFPA)のDMF溶液にアミノ-TEMPO(PFPAに対し1当量以下、例えば0.9, 0.6当量)とトリエチルアミンを加え反応させることで、予めPFPAドメインにランダムにTEMPO基を導入した。次にone-potでアミノ基修飾イオン液体を大過剰加え未反応PFPA部位にイオン液体部を導入した。TEMPOラジカル/イオン液体部位の組成比は仕込み比で自在に調整でき、PS-PFPAのセグメント長の制御と合わせ、多様な機能性ブロック共重合体の精密合成に成功した。3. ミクロ相分離挙動とメモリ特性 イオンのみもしくはラジカル/イオン(0.70/0.30)を導入したポリマーでは、10~15nmのスフィア型の相分離構造が得られたが、ラジカルの比率の増加に伴いポリスチレンドメインとの相溶性が向上し、ラジカルのみを導入したポリマーでは明瞭なスフィア構造ではなく、凝集構造が観察された。ITO電極上にスフィア型の機能性ブロック共重合体を成膜し(100 nm)、Alを蒸着した素子では、ラジカル/イオンが共存する場合の電流電圧特性で、-2 V付近を閾値電圧としてON状態へスイッチし、ヒステリシス曲線を描いた(WORM型, ON/OFF比 10^3)。一方、ラジカルのみ、イオンのみの場合はスイッチングを示さなかった。これより、同一ドメイン内にラジカルとイオンが共存している場合のみメモリ特性を示すという従来の知見を支持した。また、ON状態、OFF状態をそれぞれ16時間以上保持した。以上、ラジカル/イオン共存型のミクロ相分離ドメイン構造の形成を目的として、Click反応を組み込んだ機能性ブロック共重合体の精密合成法を確立するとともに、メモリ素子としての特性を明らかにした。

自発的CO2固定に基づく環境調和型コーティングの創出

2016年度

研究成果概要:超親水性を示す高分子コーティング材料は、生体適合性や防汚性の機能性コーティングとして広く期待されている。本研究では、内部の疎水性を保ちつつ表面のみ両性イオン化することで、超親水性と機械強度をあわせ持つコーティング材料として提案した...超親水性を示す高分子コーティング材料は、生体適合性や防汚性の機能性コーティングとして広く期待されている。本研究では、内部の疎水性を保ちつつ表面のみ両性イオン化することで、超親水性と機械強度をあわせ持つコーティング材料として提案した。特にジアミン誘導体へのCO2の付加反応に着目し、級数、スペーサー数を最適化することでCO2付加体の安定性を飛躍的に向上した。ジアミンポリマーを添加したエポキシ熱硬化膜では、CO2通気だけでなく、大気開放下、水浸漬するだけでも水中の微量CO2によりコーティング表面を超親水化できることを明らかにした。

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
有機化学A先進理工学部2017春学期
有機化学A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017春学期
応用化学基礎演習A先進理工学部2017春学期
応用化学基礎演習A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017春学期
有機化学基礎実験先進理工学部2017秋学期
有機化学基礎実験  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017秋学期
有機化学実験先進理工学部2017秋学期
有機化学実験  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017秋学期
応用化学総論先進理工学部2017春学期
応用化学総論  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017春学期
応用化学専門演習先進理工学部2017秋学期
応用化学専門演習  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017秋学期
工業化学実験I先進理工学部2017秋学期
工業化学実験I  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017秋学期
卒業論文先進理工学部2017通年
卒業論文  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017通年
工業化学実験II先進理工学部2017春学期
工業化学実験II  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2017春学期
高分子化学先進理工学部2017春学期
高分子化学先進理工学部2017春学期
上級物理化学B先進理工学部2017春学期
Fundamentals of Materials Chemistry先進理工学部2017秋学期
Graduation Thesis A先進理工学部2017秋学期
物理化学特論B大学院先進理工学研究科2017春学期
Advanced Physical Chemistry B大学院先進理工学研究科2017春学期
物理化学特論B大学院先進理工学研究科2017春学期
物理化学特論B大学院先進理工学研究科2017春学期

その他教育活動

首都圏オープン生徒研究発表会

2017年03月19日-2017年03月19日

詳細

概要:首都圏高校生による科学研究発表会 審査員