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JP2510192B2 - 導電性ポリマ― - Google Patents

導電性ポリマ―

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JP2510192B2
JP2510192B2 JP62080850A JP8085087A JP2510192B2 JP 2510192 B2 JP2510192 B2 JP 2510192B2 JP 62080850 A JP62080850 A JP 62080850A JP 8085087 A JP8085087 A JP 8085087A JP 2510192 B2 JP2510192 B2 JP 2510192B2
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conductive
carbon atoms
oxidation
alkylthiophene
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ロンカリ ジャン
ガロウ ロベール
ガルニエール フランシス
ハンヌカル エティンヌ
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SORUBEI SA
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    • H01B1/127Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭素数6-9個のアルキル置換基を有する3
−アルキルチオフェンに由来する反復単位を有するニト
ロベンゼンに不溶性ポリマーであって、可逆的に酸化形
と還元形とを生ずるための有効量のドーパントを含み、
初期電荷の80%以上をなおも保持しながら1.5×106回を
越える酸化/還元サイクルを受けることができるような
安定性を有する導電性不溶性ポリマーに関する。
本発明はまた、これらのポリマーを含有す導電装置に
も関する。
1個のヘテロ原子を含有し、そして、アルキル、アル
コキシル、ヒドロキシル、アリール、置換アリール、ハ
ロゲン、トリハロメチル、シアノ、アミノまたはジアル
キルアミノ型の少なくとも1種の基で置換されている少
なくとも1個の5員環複素環式系を有する複素環式モノ
マーを導電性支持体上に電気化学的に重合させることに
よつて得られる電極は既に記載されている。このモノマ
ーは、ピロール、チオフエンまたはフランの3−位置
で、4−位置で、または3−および4−位置で置換され
ている誘導体またはベンゼン環状で1〜4個の基で置換
されているインドールでもよい(弗国特許出願FR-A-2,5
27,843)。
これらの5員環複素環系、特にピロール、チオフエ
ン、3−メチルチオフエン、3,4−ジメチルチオフエン
および2,2′−ジチオフエンから誘導されるポリマーの
エレクトロクロミツク(electro chromic)性について
も既に記載されている〔エフ.ガーニア(F.Garnier)
等、ジャーナル オブ エレクトロ ケミカル ケミス
トリー(Journal of Electro chemical chemistry)14
8、1983、299〜303頁。
再充電可能な電池の電極、光電池、電気化学的電池な
どのエレクロクロミズム(electro chromism)(印加外
部電圧の変化によつて誘発される、および使用される物
質の有する光の吸収または透過の性質の変更を含み)に
基づく装置(表示スクリーン、スイツチ、記憶素子な
ど)の製造のような若干の電気的用途には、特定の性質
を有する導電性ポリマーを必要とする。
これらの特殊な性質は、特に、ポリマー/ドーピング
剤系の酸化型と還元型との間の酸化/還元サイクルの可
能な限り最も完全な可逆性および可能な限りの最高の安
定性である。これら2種の型の間の可能な限りの最短切
換時間も望ましいことである。
従来および上記で製造された導電性ポリマーは、この
観点からは完全には満足なものではない。
従つて、本発明の目的は、上記した特殊の性質を十分
な程度に有する導電性ポリマーの新規の部類を提供する
ことである。
この目的のために、本発明は、アルキル置換基が炭素
原子6〜9個を有する3−アルキルチオフエンから誘導
される反復単位を有する導電性ポリマーに関する。有利
なことにこれらのポリマーは、これら3−アルキルチオ
フエンの1種のみから誘導される反復単位だけから成る
ホモポリマーである。
本発明は、また、アルキル置換基が炭素原子6〜9個
を有する3−アルキルチオフエンを好適な電解質の存在
下の極性溶剤中における陽極酸化によつて電気化学的に
重合させることから成るこれらのポリマーの製造方法に
も関する。
本発明のポリマーの製造用のモノマーとして使用でき
る3−アルキルチオフエンのアルキル置換基は、炭素原
子6〜9個を含有する。これは線状または分枝C6〜C9
ルキル基から選ぶことができる。好ましい基はn−オク
チル基である。
本発明によるポリマーの製造に使用できるモノマー
は、例えば、ニツケル錯体を基剤とする触媒の存在下で
3−ブロモチオフエンから出発するグリニヤール(Grig
nard)カツプリング反応によるような公知の方法によつ
て合成できる〔特に、ジー.コンシグリオ(G.Consigli
o)等、テトラヘドロン、39.1983、2699頁、およびテイ
ー.ハガシ(T.Hagashi)等、J.Amer.Chem.Soc.104.198
2、180頁参照)。
本発明によるポリマーの製造は、慣用方法によつて好
適な電解質の存在下の極性溶剤中における陽極酸化によ
つて、一般に電解セル中において電気化学的重合によつ
て行なわれる(例えば佛国特許出願FR-A-2,527,843およ
び前記のエフ.ガーニアー等の文献を参照されたい)。
これらの方法によれば、モノマーの濃度は、一般に10
-3〜10-1モル/l溶剤の間である。
溶剤としては、モノマーおよび選ばれた電解質の両者
に対して溶解性があり、印加電位の範囲内で安定である
ものが好ましく使用される。使用できる溶剤の例は、ア
セトニトリル、テトラヒドロフラン、メチレンクロライ
ド、およびニトロベンゼンである。
電解質は、一般に、式C+A-(式中、C+はカチオンであ
り、A-はアニオンである)の導電性塩から選ばれる。
カチオンC+は、アルカリ金属イオンおよびイオンR4N+
およびR4P+(Rは例えばエチル、ブチル基のようなアル
キル基である)から一般に選ばれるのが好ましい。
アニオンA-は、CLO4 -、AsF6 -、SbF6 -、SO4 2-、C6H5CO
O-、C6H5SO3 -、BF4 -、PF6 -およびCF3SO3 -、イオンから
選ばれるのが好ましい。
典型的な電解質は、例えば、テトラエチルアンモニウ
ムテトラフルオロボレートのようなフルオロボレートお
よびリチウムパークロレートおよびテトラブチルアンモ
ニウムパークロレートのようなパークロレートである。
電解質濃度は、一般に、10-3〜1モル/l溶剤の間であ
る。
本発明によるモノマーの重合を行う電気化学セルは、
一定電圧または一定電流条件下で操作できる。
第一の場合(一定電圧制御)においては、セルは外部
電流源に加えて、電位を制御するための基準電極を含め
て3個の電極を有する。
電解の間、電解セル中において陽極として使用される
導電素子上にポリマーの層が析出する。この陽極は金ま
たは白金のような貴金属または金−、白金−めつきした
銅、またはチタンもしくはニツケルまたは導電性ガラス
(酸化錫、イリジウム/酸化錫)製である。電解後に
は、電極に析出したポリマーフイルムで被覆された導電
体および電解質に由来するある割合で含まれるアニオン
から成る電極が得られる。従つて、ポリマーおよびアニ
オンは、電荷移動錯体を形成する。ポリマーフイルムの
化学的組成は、実験式(M+Ay-)n(式中、M+はモノマー
を示し、A-はアニオンまたは対イオンを示し、yはモノ
マー単位当りで表わされるポリマー中のアニオンを示し
(すなわち、ドーピング比)、本発明のポリマーの場合
には容易に0.5の値に達し、そしてnは重合度を示し、
これはポリマーの不溶性のため一般に容易には測定でき
ない〕によつて表わすことができる。
モノマーの電気化学的重合は、電解セルの陽極で行な
われるから、カチオンでドープされたポリマーで被覆さ
れた電極を直接に得ることができない。
この種の型の陰極を得るためには、上記で得られた陽
極を使用しこれを二重還元(double reduction)に処す
ることによつて可能である。最初の電気化学的還元は、
陽極を電解セル中に残し、そしてセルに放電を起こさせ
ることによつて重合の直後に可能である。この放電は、
ポリマーにドープしたアニオンの抽出を生ずる。次い
で、化学的または電気化学的のいずれかで第二の還元を
行うことができる。化学的方法は、所望のカチオンを含
有する溶液中にポリマーを浸漬することから成る。これ
らのカチオンは元のアニオンによつて残された空いた部
位に入るであろう。従つて、例えばLi+、Na+またはK+
チオンでドープされたポリマーを得るためには、例えば
テトラヒドロフラン中のナフタレインリチウム、ナフタ
レインナトリウムまたはナフタレインカリウムの溶液の
使用が可能である。電気化学的方法は、一般に、所望の
カチオンを溶液中に含有する電解セル中に陰極としての
電極を置くことから成る。溶液を電解したとき、これら
のカチオンは元のアニオンが抜けて空になつた部位に挿
入される。カチオンは例えば上記したようなアルカリ金
属イオンまたはアセトニトリルまたはテトラヒドロフラ
ンのような溶剤中の溶液中における電解質から誘導され
る(Bu)4N+または(Et)4N+のような錯体イオンでもよい。
溶液中の電解質の濃度は、一般に、溶剤1当り10-3
1モルの間である。
本発明による導電性ポリマーは、それらの酸化型およ
び還元型の間の酸化/還元サイクルの可逆性を有し、そ
して、これらの性質は全く例外的、かつ予想外であり、
特に次の通りである: 酸化電流と還元電流強さの間の比が1に近い;それら
の酸化型と還元型間の転換時間(ドーピング/デドーピ
ングの速度)は数10ミリ秒(ms)の程度であり、大部分
の場合50msに等しいか50ms未満である;酸化/還元サイ
クルの安定性は、これらのポリマーが1.5×1016サイク
ルを受ける間最初の電荷の80%を保有する程度に高い。
本発明による導電性ポリマーのこれらの例外的の性質
のため、作動原理がこれらの性質に基づき、かつ、本発
明の主題を構成する導電性装置の製造用としてこれらの
ポリマーを特に有用なものにしている。
本発明による3−アルキルチオフエンから誘導された
導電性ポリマーを含有する導電性装置の限定されない例
として次のものを挙げることができる: 陽極がアニオンをドープした前記のポリマーで被覆さ
れた電極から成る蓄電池および再充電性または非再充電
性電池のようなエネルギー貯蔵用の電気化学的装置、お
よびそれらの電気化学的状態によつて前記のポリマーの
光学スペクトルの変更に基づくエレクトロクロミツク装
置、この変更は充電および放電の間にこれらの装置の電
極に付着されているポリマーフイルムの酸化および還元
サイクルの間に現われる;この種の電気化学的装置の例
として、表示スクリーン、オプトエレクロニツク(Opto
-electronic)装置および光学記憶装置およびスイツチ
が挙げられる。
本発明を次の限定されない実施例によつて説明する。
実施例1〜4 実施例1,2および4は比較のために示す。室温および
ニツケル錯体を基剤とする触媒の存在下のジエチルエー
テル中において3−ブロモチオフエンと相当するグリニ
ヤール試薬とをカツプリングさせることによつて次の4
種の3−アルキルチオフエンを合成する: 3−メチルチオフエン(メチルマグネシウムブロマイド
から出発する); 3−ペンチルチオフエン(ペンチルマグネシウムブロマ
イドから出発する); 3−オクチルチオフエン(オクチルマグネシウムブロマ
イドから出発する);および3−デシルチオフエン(デ
シルマグネシウムブロマイドから出発する)。
これらの4種の3−アルキルチオフエンを、5mAの電
流が通過し、3個の電極を含有するセル中において、一
定電圧条件下の陽極酸化によつて電気化学的に重合させ
る。陽極は白金の導電性フイルムがめつきされているガ
ラス板である。陰極は白金線の形態である。陽極電位は
標準電極に対して1.4Vに固定されている。電解質溶液
は、ニトロベンゼン中に溶解されたテトラアンモニウム
パークロレート(0.02M)およびアルキルチオフエン
(0.2M)を含有する。重合はアルゴン雰囲気下で厚さ約
1,000Åのポリマーが析出するのに十分な時間行う。
この方法によつて得られたポリマーの電気化学的性質
は、テクトロニツクス(Tektronix)タイプ564Bオツシ
ロスコープ上で方形波電圧パルス下で1mC/cm2の電化を
印加したときのPARモデル173ポテシオスタツトによつて
記録されたサイクリツクボルタメータートレース(Cycl
ic Voltameter trace)からおよび記録された強さピー
クから測定される。これらは下記の表に示す。
これに加えて、ポリ(3−オクチルチオフエン)(実
施例3)の酸化型(わずかに青色)と還元型(赤)との
間の転換時間はわずか50ミリ秒である。
これらの結果は、本発明によるポリ(3−アルキルチ
オフエン)、特にポリ(3−オクチルチオフエン)は、
エネルギー貯蔵用の電気化学装置およびエレクトロクロ
ミツク装置においてこれらを特に有用なものにする電気
化学的性質(Ipa/Ipc比および酸化/還元サイクルの可
逆性)を有することを証明している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランシス ガルニエール フランス国 シャンピグニイ,ビラ ル ミイ,17 (72)発明者 エティンヌ ハンヌカル ベルギー国 トウルブルン,アルボルタ ムラーン,38 (56)参考文献 特開 昭62−220518(JP,A) 特開 昭62−220517(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素数6〜9個のアルキル置換基を有する
    3−アルキルチオフェンに由来する反復単位を有するニ
    トロベンゼンに不溶性ポリマーであって、可逆的に酸化
    形と還元形とを生ずるための有効量のドーパントを含
    み、初期電荷の80%以上をなおも保持しながら1.5×106
    回を越える酸化/還元サイクルを受けることができるよ
    うな安定性を有する導電性不溶性ポリマー。
  2. 【請求項2】アルキル置換基が炭素原子6〜9個を有す
    る3−アルキルチオフェンから誘導される反復単位から
    主として成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の導電性不溶性ポリマー。
  3. 【請求項3】前記の反復単位が3−n−オクチルチオフ
    ェンから誘導されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の導電性不溶性ポリマー。
  4. 【請求項4】炭素数6〜9個のアルキル置換基を有する
    3−アルキルチオフェンに由来する反復単位を有するニ
    トロベンゼンに不溶性ポリマーであって、可逆的に酸化
    形と還元形とを生ずるための有効量のドーパントを含
    み、初期電荷の80%以上をなおも保持しながら1.5×106
    回を超える酸化/還元サイクルを受けることができるよ
    うな安定性を有する導電性不溶性ポリマーを含有する導
    電装置。
  5. 【請求項5】陽極がアニオンをドープさせた、炭素数6
    〜9個のアルキル置換基を有する3−アルキルチオフェ
    ンに由来する反復単位を有するニトロベンゼンに不溶性
    ポリマーであって、可逆的に酸化形と還元形とを生ずる
    ための有効量のドーパントを含み、初期電荷の80%以上
    をなおも保持しながら1.5×106回を超える酸化/還元サ
    イクルを受けることができるような安定性を有する導電
    性不溶性ポリマーのフィルムで被覆された電極から成る
    エネルギー貯蔵のための電気化学的装置。
  6. 【請求項6】陽極が、炭素数6〜9個のアルキル置換基
    を有する3−アルキルチオフェンに由来する反復単位を
    有するニトロベンゼンに不溶性ポリマーであって、可逆
    的に酸化形と還元形とを生ずるための有効量のドーパン
    トを含み、初期電荷の80%以上をなおも保持しながら1.
    5×106回を超える酸化/還元サイクルを受けることがで
    きるような安定性を有する導電性不溶性ポリマーのフィ
    ルムで被覆されたエレクトロクロミック装置。
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