JP2007528844A - スルホンイミド含有化合物、および電気化学電池用ポリマー電解質膜におけるそれらの使用 - Google Patents
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Abstract
Description
下記一般構造を有する化合物であって、
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−S
O2−NH−であり(A2は二価複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である化合物を提供する。
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子がフッ素化フルオロスルホニル基で完全に置換されるように、m+n+pは2または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であるフッ素化フルオロスルホニル置換複素環を提供する。
(a)下記構造を有するフルオロスルホニル含有アシル誘導体を提供する工程であって、
F−SO2−R8−X
式中、R8は、R1について上で定義されたような二価フッ素化基であり、Xは、アシルフルオリド、アシルクロリド、アシルブロミド、アシルヨージド、エステル、アミド、およびニトリルよりなる群から選択されるアシル基である工程と;
(b)工程(a)からのフルオロスルホニル含有アシル誘導体を、アンモニア;ヒドラジン;アジ化ナトリウムなどのアジド;オルト−フェニレンジアミンなどの有機オルト置換芳香族アミンなどの窒素試薬と縮合させて、スルホニル含有前駆体を形成する工程と;
(c)工程(b)のスルホニル含有前駆体を熱分解または脱水によって環化して、スルホニル含有芳香族複素環式化合物を形成する工程と;
(d)(i)フルオロスルホニル基をフッ素化スルホンアミドと縮合させる、
(ii)スルホンアミド基をフッ素化スルホニルフルオリドと縮合させる、
(iii)フルオロスルホニル基を、最初にアンモニアと縮合させてスルホンアミド基を形成し、その後、フッ素化スルホニルフルオリドと縮合させてスルホンイミド基を形成する、または
(iv)フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基の加水分解によりスルホン酸基を形成することによって、フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基を含有する、工程(c)のスルホニル含有芳香族複素環式化合物を、酸性スルホニル含有芳香族複素環式化合物に変える工程とを含んでなる、化合物を合成するための方法を提供する。
ゾール基を形成し、フッ素化スルホニルフルオリド、R4−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、ベンゾイミダゾールスルホンイミドを合成するための方法を提供する。
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である固体ポリマー電解質膜を提供する。
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である膜電極アセンブリを提供する。
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R
7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である電気化学電池を提供する。
R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する任意の直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基、典型的には、場合によりエーテル酸素原子を含有する、1から10の炭素原子を有する直鎖状または分枝状過フッ素化飽和基または不飽和基、最も典型的には、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基などの二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3、典型的には2または3、より典型的には2に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、またはビベンゾイミダゾール、典型的には、[1,3,4]オキサジアゾール、[1,3,4]チアジアゾール、または[1,2,4]トリアゾール、最も典型的には[1,3,4]オキサジアゾールなどの二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、R1について定義されたような二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である。
ール、チアジアゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、またはビベンゾイミダゾール、より典型的には、[1,3,4]オキサジアゾール、[1,3,4]チアジアゾール、または[1,2,4]トリアゾール、最も典型的には[1,3,4]オキサジアゾールなどの二価芳香族複素環式基であり;pは0であり;Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり、これは下記の繰返し単位の懸垂構造を生成する。
R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する任意の直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基、典型的には、場合によりエーテル酸素原子を含有する、1から10の炭素原子を有する直鎖状または分枝状過フッ素化飽和基または不飽和基、最も典型的には、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基などの二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子がフッ素化フルオロスルホニル基で完全に置換されるように、m+n+pは2または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり、典型的には、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、最も典型的には、nおよびpは各々0に等しく、mは2である。
上で特定された化合物を多孔性支持体内に吸収して、固体ポリマー電解質膜を形成する。典型的には、これらの膜は、少なくとも50mS/cmのプロトン伝導性を維持しながら少なくとも100℃の温度および50%未満の相対湿度で動作することができ、より典型的には、少なくとも120℃の温度および25%未満の相対湿度で少なくとも20mS/cmのプロトン伝導性を維持しながら動作することができる。
ポリマー電解質膜の多孔性支持体は、広範囲の成分から製造してもよい。本発明の多孔性支持体は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン−コ−テトラフルオロエチレン、およびポリビニリデンジフルオリドなどのフッ素化ポリマー、シリカ、アルミナ、および炭化ケイ素などのセラミック、またはホウケイ酸ガラスなどのガラスから製造してもよい。熱劣化および化学的劣化に対する耐性のため、多孔性ポリマー支持体は、典型的には、高度にフッ素化されたポリマー、最も典型的には過フッ素化ポリマーから製造される。
図1に示されているように、燃料電池などの電気化学電池が、強化されていない膜電極アセンブリ(MEA)を形成するように少なくとも1つのガス拡散バッキング(GDB)(13)と組合された触媒コーティング膜(CCM)(10)を含んでなる。触媒コーティング膜(10)は、上で説明されたポリマー電解質膜(11)と、電極触媒コーティング組成物から形成された触媒層または電極(12)とを含んでなる。燃料電池には、水素;たとえばメタノールおよびエタノールなどの液体または気体アルコール;またはたとえばジエチルエーテルなどのエーテルなどの燃料用の入口(14)、アノード出口(15)
、カソードガス入口(16)、カソードガス出口(17)、タイロッド(図示せず)でともに結合されたアルミニウムエンドブロック(18)、シーリング用ガスケット(19)、電気絶縁層(20)、ガス分配用フローフィールドを備えた黒鉛集電体ブロック(21)、および金めっき集電体(22)がさらに設けられる。
上述されたものと同様の電極触媒コーティング組成物を固体ポリマー電解質膜上に塗布する、CCM製造のさまざまな技術が知られている。いくつかの既知の方法としては、スプレー、塗装、パッチコーティング、およびスクリーン印刷、デカール印刷、パッド印刷、またはフレキソ印刷が挙げられる。
160℃の範囲内の温度に加熱し、圧力を加えることによって、1工程で構造全体を強化することによって形成する。MEAの両側を同じようにかつ同時に形成することができる。また、触媒層およびGDBの組成物は、膜の両側で異なることができる。
液体の導電性は、高温で800μLの小さい体積で腐食性サンプルを取扱うことができるセルを使用して測定した。直径0.38mmの白金ワイヤを、5回、直径5.14mmのマコール(Macor)(登録商標)機械加工可能ガラスセラミックロッド(ニューヨーク州コーニングのコーニング・インコーポレイテッド(Corning Inc., Corning, NY))の一端の周りに巻き、ワイヤリードの残りを熱収縮PTFEチューブで絶縁することによって、2つのコイル電極を25mm離して形成した。サンプルを外径9mm×内径6.8mm×長さ178mmのガラスチューブ内に装填し、電極がサンプル中に完全に浸漬されるようにロッドを挿入した。チューブを強制対流サーモスタット付オーブン内に配置し、加熱した。ACインピーダンスの実部Rsを、ポテンショスタット/周波数応答分析器(ペンシルバニア州ウォーミンスターのガムリー・インスツルメンツ(Gamry Instruments, Warminster, PA)の、EISソフトウェアを備えたPC4/750(商標))を使用して1kHzの周波数で測定した。位相角は、典型的には2度未満であり、これは、測定が、電極界面からの容量寄与によって影響されなかったことを示す。セル定数Kは、公称0.1S/cm(0.1027S/cm実際)についてNIST追跡可能塩化カリウム導電性校正標準を用いて10kHzの周波数でインピーダンスの実部Rcを測定し、下記のように計算することによって定め、
K=Rc×0.1027S/cm×(1+ΔT×0.02℃−1)
式中、ΔTは、校正標準の温度Tmと25℃との間の差(ΔT=Tm−25)であった。セル定数は、典型的には12cm−1に近かった。次に、サンプルの導電性κを、下記のように計算した。
κ=K/Rs
膜の面通過導電性は、電流が膜の平面に垂直に流れる技術によって測定した。下部電極を直径12.7mmのステンレス鋼ロッドから形成し、上部電極を直径6.35mmのステンレス鋼ロッドから形成した。ロッドを長さに切断し、それらの端部を研磨し、金でめっきした。下部電極/GDE/膜/GDE/上部電極からなるスタックを形成した。GDE(ガス拡散電極)は、微孔性層、白金触媒、および触媒層の上の0.6〜0.8mg/cm2のナフィオン(Nafion)(登録商標)塗布を備えたカーボンクロスを含んでなる触媒ELAT(登録商標)(ニュージャージー州サマセットのドゥ・ノーラ・ノース・アメリカ・インコーポレイテッドのE−TEK・ディビジョン(E−TEK Division, De Nora North America, Inc., Somerset, NJ))であった。下部GDEを直径9.5mmのディスクとして打抜き、膜および上部GDEを、上部電極に一致するように直径6.35mmのディスクとして打抜いた。スタックを組立て、マコール(登録商標)機械加工可能ガラスセラミック(ニューヨーク州コーニングのコーニング・インコーポレイテッド)のブロック内に所定位置に保持し、それは、下部電極を受入れるようにブロックの底部にドリル加工された直径12.7mmの穴と、上部電極を受入れるようにブロックの頂部にドリル加工された同軸の直径6.4mmの穴とを有した。クランプおよび校正スプリングによって、270Nの力をスタックに加えた。これは、上部電極の下の活性領域において8.6MPaの圧力を生じさせ、これは、GDEと膜との間の低インピーダンスイオン接触を確実にした。取付具を強制対流サーモスタット付オーブン内に配置し、加熱した。膜を含む取付具のACインピーダンスの実部Rsを、ポテンショスタット/周波数応答分析器(ペンシルバニア州ウォーミンスターのガムリー・インスツルメンツの、EISソフトウェアを備えたPC4/750(商標))を使用して100kHzの周波数で測定した。取付具短絡Rfも、膜サンプルを使用せずに組立てられた取付具およびスタックについて100kHzでACインピーダンスの実部を測定することによって定めた。次に、膜の導電性κを、下記のように計算し、
κ=t/((Rs−Rf)×0.317cm2)
式中、tは、cm単位の膜の厚さであった。
膜の面内導電性は、制御された相対湿度および温度の条件下で、電流が膜の平面に平行に流れる技術によって測定した。ワイ・ソーン(Y.Sone)らによる「4電極ACインピーダンス方法によって測定されるようなナフィオン(登録商標)117のプロトン伝導性(Proton Conductivity of Nafion(登録商標) 117 As Measured by a Four−Electrode AC Impedance Method)」と題する論文、ジャーナル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ(J. Electrochem. Soc.)、143、1254(1996)に記載されたものと同様の4電極技術を用い、この論文を引用によりここに援用する。図2を参照すると、下部取付具(40)を、4の直径0.25mmの白金ワイヤ電極を支持し保持する、溝を含む4の平行なリッジ(41)を有するように、アニールガラス繊維強化PEEKから機械加工した。2つの外側電極の間の距離は25mmであり、2つの内側電極の間の距離は10mmであった。膜のストリップを、10から15mmの幅、および外側電極を被覆しかつ外側電極をわずかに越えて延在するのに十分な長さに切断し、白金電極の上に配置した。底部取付具のリッジに位置が対応するリッジを有する上部取付具(図示せず)を上に配置し、2つの取付具を、膜を押して白金電極と接触させるようにともに締付けた。膜を含む取付具を小さい圧力容器(圧力フィルタハウジング)内に配置し、これを強制対流サーモスタット付オーブン内に配置し、加熱した。容器内の温度を熱電対によって測定した。水を、校正されたウォーターズ(Waters)515 HPLCポンプ(マサチューセッツ州ミルフォードのウォーターズコーポレーション(Waters Corporation, Milford, MA))から供給し、校正されたマスフローコントローラ(200sccm最大)から供給された乾燥空気と組合せて、オーブン内の直径1.6mmのステンレス鋼チューブのコイル内で水を蒸発させた。結果として生じる加湿空気を圧力容器の入口に供給した。容器内の総圧力(100から345kPa)を、出口上の圧力制御減少弁(pressure−control let−down valve)によって調整し、キャパシタンスマノメータ(マサチューセッツ州ボックスバラのセトラ・システムズ・インコーポレイテッド(Setra Systems, Inc., Boxborough, MA)のモデル280E)を使用して測定した。温度の関数としての液体水の蒸気圧力、2つの流量からのガス組成、容器温度、および総圧力の表を使用して、理想的なガス挙動を想定して、相対湿度を計算した。図2を参照すると、取付具の下部部分および上部部分のスロット(42)が、加湿空気の、膜へのアクセスを可能にし、水蒸気との急速な平衡をもたらした。電流を外側の2つの電極の間に与え、結果として生じる電圧を内側の2つの電極の間で測定した。内側の2つの電極の間のACインピーダンス(抵抗)の実部Rを、ポテンショスタット/周波数応答分析器(ペンシルバニア州ウォーミンスターのガムリー・インスツルメンツの、EISソフトウェアを備えたPC4/750(商標))を使用して1kHzの周波数で測定した。次に、膜の導電性κを、下記のように計算し、
κ=1.00cm/(R×t×w)
式中、tは膜の厚さであり、wはその幅であった(両方ともcm単位)。
撹拌バー、ガス入口、およびセプタム(septum)が装備された500mLの2首丸底フラスコに、2%架橋されたポリ(4−ビニルピリジン)10.5g(0.1モル)を投入し、窒素でパージした。ジフルオロ−フルオロスルホニル−アセチルフルオリド18.1g(0.1モル)を100mLのエーテルに溶解した溶液を、グローブボックス内で製造し、カニューレによってフラスコに加え、0℃に冷却した。ヒドラジン1.60g(0.05モル)をエーテル200mLに溶解した溶液を、グローブボックス内で製造し、カニューレによってフラスコにゆっくり加えた。混合物を30分間撹拌し、次に、室温に温めた。固体を濾過分離し、エーテルで洗浄した。濾液を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させた。固体を、脱色炭を使用して、ベンゼン100mLから再結晶させた。下記構造で示されるようなN,N’−ビス(2,2−ジフルオロ−2−フルオロスルホニル−アセチル)ヒドラジンのオフホワイト色結晶は、69%の収率について重量が12.1gであった。19F NMR(CD3CN):−106.3(d,J=5.5Hz,CF2)、39.7(t,J=5.5Hz,SO2F)。MS(CI):m/z 352.93239(M+H,3.6ppmの誤差)、計算値352.933674(C4H2N2O6F6S2+H)。
グローブボックス内で、撹拌バーおよび還流コンデンサが装備された300mLの丸底フラスコに、N,N’−ビス(2,2−ジフルオロ−2−フルオロスルホニル−アセチル)ヒドラジン15.70g(0.0446モル)およびトリフルオロメタンスルホンアミド13.3g(0.0892モル)を投入した。固体をテトラヒドロフラン100mLに溶解し、トリエチルアミン25mL(0.180モル)を加えて、単相を生じさせた。一晩窒素下で溶液を加熱して還流にした。溶媒を蒸発させ、油を真空下で乾燥させて、下記構造で示されるようなN,N’−ビス(N−トリフルオロメチルスルホニル−2,2−ジフルオロ−2−スルファモイル−アセチル)ヒドラジン、トリエチルアンモニウム塩を生じさせた。19F NMR(CD3CN):−108.9(s,CF2)、−80.3(s,CF3)。
ガラスチューブに、実施例2からのビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾールの水和油0.999g、および脱イオン水0.176gを投入した。チューブを150℃に加熱し、25℃ずつ冷却するとき、液体導電性を測定した。サンプルは、水0.257gを失った。結果は、表1に示されている。
ガラスチューブに、実施例2からのビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾールの水和油1.304を投入し、液体導電性について分析した。チューブを、2回、150℃に加熱し25℃ずつ冷却した。サンプルは、第1のサイクルで水0.103gを失い、第2のサイクルで0.016gを失った。結果は、表2に示されている。
脱イオン水1Lに溶解した実施例2からの不純なビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール10.1gで、実施例2のイオン交換手順を繰返した。結果として生じる淡橙色水和油は、重量が13.4gであり、少なくとも30%の水を含有した。100mLの丸底フラスコ内で、この油を実施例2からの精製ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール約4gと組合せた。水和油を真空下で乾燥させて、自由水を除去した。フラスコをクーゲルロール(Kugelrohr)バルブ−バルブ蒸留装置に取付け、高真空下で排気した。フラスコを140℃にゆっくり加熱して、結合水を自由にした。いったん真空が0.1トルに達すると、白色固体が収集バルブ内で形成し始めた。潮解性固体は、重量が7.3gであり、19F NMRによれば、トリフルオロメタンスルホンアミドおよびビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾールの64.5:35.5混合物を含有した。
この実施例は、変性されたセラミック繊維シート(製品# ASPA−1;ニューヨーク州フロリダのジルカー・セラミックス・インコーポレイテッド(ZIRCAR Ceramics, Inc., Florida, NY))を使用した。変性されていないシートは、名目上、51%のシリカと、45%のアルミナと、4%の炭化水素バインダーとを含有した。炭化水素バインダーを800℃の炉内で4時間焼き取った。次に、シートにPVDF(カイナー(Kynar)(登録商標)741樹脂;ペンシルバニア州フィラデルフィアのアトフィナ・ケミカルズ・インコーポレイテッド(ATOFINA Chemicals, Inc., Philadelphia, PA))をジメチルアセトアミドに溶解した2%溶液を染み込ませ、5分間放置させ、真空オーブン内で110℃で1時間乾燥させた。乾燥された変性されたシートをカーバー(Carver)ホットプレス内で120℃で圧縮して、バインダーとして18%のカイナー(登録商標)を含有する滑らかな基材を生じさせた。
この実施例は、ジェイ・エム・タラスコン(J. −M. Tarascon)ら、ソリッド・ステート・イオニクス(Solid State Ionics)、1996、86〜88、49〜54ページに記載された手順に従って製造された多孔性カイナー(登録商標)フィルムのサンプルを使用した。33部のPVDF−HFPコポリマー(カイナー(登録商標)パワーフレックス(Powerflex)(登録商標)LBG樹脂;ペンシルバニア州フィラデルフィアのアトフィナ・ケミカルズ・インコーポレイテッド)と、22部のヒュームドシリカ(キャボット(Cabot)TS530、マサチューセッツ州ボストンのキャボット・コーポレーション(Cabot Corporation, Boston, MA))と、44部のジブチルフタレートとを含有するアセトン分散液を製造した。分散液をキャストして、乾燥すると厚さ50μmであるフィルムを生じさせた。ジブチルフタレートを過剰のジエチルエーテルで2回抽出した。
変性されたセラミックシートのストリップが、サイズが1×3cmであり、重量が51mgである以外は、実施例6で説明されたようにサンプルを製造した。処理されたストリップは、重量が320mgであり、したがって、それは、水和ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール84%を含有した。
変性されたセラミックシートのストリップが、サイズが1×3cmであり、重量が58mgである以外は、実施例6で説明されたようにサンプルを製造した。処理されたストリップは、重量が359mgであり、したがって、それは、水和ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール84%を含有した。
変性されたセラミックシートのストリップが、サイズが1×3cmであり、重量が53mgである以外は、実施例6で説明されたようにサンプルを製造した。処理されたストリップは、重量が350mgであり、したがって、それは、水和ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール85%を含有した。
変性されたセラミックシートのストリップが、サイズが1×3cmであり、重量が54mgである以外は、実施例6で説明されたようにサンプルを製造した。処理されたストリップは、重量が344mgであり、したがって、それは、水和ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール84%を含有した。
変性されたセラミックシートのストリップが、サイズが1×3cmであり、重量が54mgである以外は、実施例6で説明されたようにサンプルを製造した。処理されたストリップは、重量が415mgであり、したがって、それは、水和ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール87%を含有した。
変性されたセラミックシートのストリップが、サイズが1×3cmであり、重量が49mgである以外は、実施例6で説明されたようにサンプルを製造した。処理されたストリップは、重量が399mgであり、したがって、それは、水和ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾール88%を含有した。
ジフルオロ−フルオロスルホニル−アセチルフルオリド19.0g(0.105モル)を250mLのトルエンに溶解した溶液をグローブボックス内で製造した。28%アンモニア水50mL(0.73モル)の溶液を脱イオン水で250mLに希釈し、ブレンダ内に入れた。トルエン溶液を高速で動作するブレンダ内に注いだ。アンモニウムフルオリドを水酸化ナトリウム8.5g(0.21モル)で中和した。水相をトルエンから分離し、蒸発させ、真空下で乾燥させた。残留物を2回合計500mLの酢酸エチルで洗浄した。抽出物をMgSO4で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、6.75gを生じさせた。固体を酢酸エチル50mLに再溶解し、濾過し、蒸発させて、下記構造で示されるようなジアミド付加物、2,2−ジフルオロ−2−スルファモイル−アセトアミド5.61g(28%の粗収率)を生じさせた。19F NMR(DMSO−d6):−110.2(s)。MS(CI):m/z 174.999111(M+H,1.2ppmの誤差)、計算値1
74.998895(C2H4N2O3F2S+H)。
ガラスチューブに、実施例14からのベンゾイミダゾールペルフルオロスルホンイミド0.880gおよび脱イオン水0.200gを投入し、液体導電性について分析した。チューブを150℃に加熱し、25℃ずつ75℃に冷却して、表11に示された測定値を得た。サンプルは、水0.061gを失った。ベンゾイミダゾールペルフルオロスルホンイミドのこの実施例の導電性値は、ビス(ペルフルオロスルホンイミド)オキサジアゾールの実施例3および4の導電性値より低い。これは、[1,3,4]オキサジアゾールなどの芳香族複素環式基に対して過剰の酸性フッ素化スルホニル含有基を備えた電解質の選好を支持する。
グローブボックス内で、撹拌バー、コンデンサ、およびセプタムが装備された300mLの丸底フラスコに、2%架橋されたポリ(4−ビニルピリジン)5.5g(0.05モル)、およびテトラヒドロフラン50mLを投入した。ジフルオロ−フルオロスルホニル−アセチルフルオリド9.3g(0.05モル)をテトラヒドロフラン50mLに溶解した溶液を、グローブボックス内で製造し、カニューレによって丸底フラスコにゆっくり加えた。混合物を0℃に冷却し、オルト−フェニレンジアミン5.41gを1回で加えた。次に、約1日間、混合物を加熱して還流にした。固体を濾過分離し、テトラヒドロフランで洗浄した。濾液を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させた。残留物を、水酸化ナトリウム4.3g(0.11モル)を含有する水100mLに溶解し、還流において脱色炭で処理し、珪藻土を通して濾過した。溶液を濃縮し、一晩冷却した。細かい沈殿物を濾過分離し、溶液を、濃縮塩酸を使用してpH1に酸性化して、多量の橙色沈殿物を生じさせた。沈殿物を濾過分離し、いくつかのより多くのクロップ(crops)を、母液を濃縮することによって得た。組合された固体を、脱色炭を使用して水から再結晶させて、下記構造
で示されるような2−(1H−ベンゾイミダゾール−2−イル)−2,2−ジフルオロメタンスルホン酸を生じさせた。融点:>200℃(分解した)。1H NMR(DMSO−d6):7.48(m,2H)、7.77(m,2H)、9.1(bs,2H)。19F NMR(DMSO−d6):−104.92(s,CF2)。MS(EI):m/z
248.007316(M+,2.4ppmの誤差)、計算値2 48.006720(C8H6F2N2O3S)。
2−(1H−ベンゾイミダゾール−2−イル)−2,2−ジフルオロメタンスルホン酸のペレットを、ハンドプレスを使用して製造し、赤外分光法サンプルを製造した。ペレットは、面通過導電性について測定されるような厚さ310μmであった。取付具は、0.166オームの短絡インピーダンスを有した。サンプルを200℃に加熱し、次に25℃ずつ冷却して、表12に示された測定値を得た。結果は、化合物が、加湿を伴わずに導電性を維持することができることを示す。
ジフルオロ−フルオロスルホニル−アセチルフルオリドを、シュレンク(Schlenk)チューブ内への真空移送によって蒸留し、重量測定して44.0g(0.244モル)を生じさせ、エーテル100mLに溶解した。グローブボックス内で、撹拌バー、ガス入口、およびセプタムが装備された1Lの2首丸底フラスコに、2%架橋されたポリ(4−ビニルピリジン)25.6g(0.244モル)、およびエーテル100mLを投入した。溶液をカニューレによってシュレンクチューブから丸底フラスコに移送し、0℃に冷却した。ヒドラジン3.90g(0.122モル)をエーテル200mLに溶解した溶液を、グローブボックス内で製造し、カニューレによって丸底フラスコにゆっくり加えた。混合物を1時間撹拌し、次に、室温に温めた。固体を濾過分離し、エーテルで洗浄した。濾液を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させた。固体を、脱色炭を使用して、トルエン200mLから再結晶させた。N,N’−ビス(2,2−ジフルオロ−2−フルオロスルホニル−アセチル)ヒドラジンのオフホワイト色結晶は、65%の収率について重量が28.1gであった。
撹拌バーが装備された50mLの丸底フラスコに、N,N’−ビス(2,2−ジフルオ
ロ−2−フルオロスルホニル−アセチル)ヒドラジン12.1g(0.035モル)および67.6%発煙硫酸2.7mL(0.045モル)を投入した。フラスコにミクロ蒸留装置を装備し、窒素でパージした。装置を100トルに排気し、60℃に加熱した。次に、装置を30トルに排気し、120℃に加熱した。透明な液体が82〜83℃で蒸留した。フラスコを160℃に加熱することによって、同じ沸点で第2のフラクションが得られた。下記構造で示されるような2,5−ビス(ジフルオロ−フルオロスルホニル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾールの総重量は、82%の収率について9.6gであった。液体は、残留発煙硫酸によって空気中で発煙した。19F NMR(CD3CN):−99.94(d,J=5.2Hz,CF2)、39.07(t,J=5.2Hz,SO2F)。
ジフルオロ−フルオロスルホニル−アセチルフルオリドを、シュレンクチューブ内への真空移送によって蒸留し、重量測定して73.95g(0.41モル)を生じさせ、エーテル50mLに溶解した。グローブボックス内で、撹拌バー、ガス入口、およびセプタムが装備された1Lの2首丸底フラスコに、2%架橋されたポリ(4−ビニルピリジン)43.0g(0.41モル)、およびエーテル150mLを投入した。溶液をカニューレによってシュレンクチューブから丸底フラスコに移送し、0℃に冷却した。ヒドラジン6.56g(0.20モル)をエーテル300mLに溶解した溶液を、グローブボックス内で製造し、カニューレによって丸底フラスコにゆっくり加えた。混合物を1時間撹拌し、次に、室温に温めた。固体を濾過分離し、エーテルで洗浄した。濾液を濃縮し、100mLの丸底フラスコに移送し、蒸発させ、固体を真空下で乾燥させて、86%の粗収率についてN,N’−ビス(2,2−ジフルオロ−2−フルオロスルホニル−アセチル)ヒドラジン60.4gを生じさせた。
F)。
撹拌バー、セプタム、およびドライアイスコンデンサが装備された100mLの2首丸底フラスコを窒素でパージし、次に、−78℃に冷却した。アンモニアをフラスコ内に凝縮して、約20mLを収集した。グローブボックス内で、50mLのフラスコに、2,5−ビス(ジフルオロ−フルオロスルホニル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾール3.342g(0.010モル)、アセトニトリル30mLを投入し、セプタムでシールした。溶液を窒素下でカニューレによってアンモニアに加えた。溶液を1時間撹拌し、室温に温め、一晩窒素下で撹拌した。混合物を、アセトニトリル30mL、エーテル中の2M塩化水素30mL、および塩化カルシウム1.2g(0.011モル)で処理した。沈殿した固体を濾過分離し、アセトニトリルおよびエーテルで洗浄した。溶媒を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させて、92%の粗収率について3.00gを生じさせた。混合物を、ジクロロメタン中の20%アセトンを使用するシリカゲル上のクロマトグラフィにかけ、一般的なフラクションを蒸発させて、下記構造で示されるような2,5−ビス(ジフルオロ−スルファモイル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾール0.4g(12%の収率)を生じさせた。同様の純度のいくつかのサンプルを組合せ、クロマトグラフィによって再精製して、純粋な材料1.12gを生じさせた。融点:171〜172℃。19F NMR(CD3CN):−106.64(s,CF2)。MS(CI):m/z 328.963722(M+H+,0.1ppmの誤差)、計算値328.963751(C4H4N4O5F4S2+H+)。
グローブボックス内で、撹拌バー、コンデンサ、およびセプタムが装備された50mLの丸底フラスコに、オクタフルオロ−1,4−ブタンジスルホニルジフルオリド1.066g(0.00291モル)、2,5−ビス(ジフルオロ−スルファモイル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾール0.956g(0.00291モル)、およびアセトニトリル10mLを投入した。フラスコにトリエチルアミン2.1mL(0.015モル)を加えた。溶液を1時間撹拌し、次に、窒素下で一晩加熱して還流にした。混合物を50%水酸化ナトリウム0.7mLで処理した。溶媒を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させて、1.75gを生じさせた。残留物を脱イオン水に溶解し、脱色炭で処理し、珪藻土を通して濾過し、これを付加的な水で洗浄した。水溶液を、実施例2の一般的な手順に従うイオン交換にかけて、粘性油を生じさせた。油を脱イオン水に溶解し、0.45μmのPTFE膜を通して洗浄するとともに濾過して、いくつかの細かい暗色固体を除去した。水を蒸発させて、薄く着色された油1.03gを生じさせた。油を脱イオン水100mLに溶解し、カラムがダウエックス(登録商標)樹脂20gを収容する以外は、実施例2の一般的な手順に従うイオン交換にかけた。下記構造で示されるような所望のポリ(オキサジアゾールペルフルオロスルホンイミド)の最終的な薄く着色された水和油は、重量が1.33gであった。MALDI質量分光法は、2700ダルトンまでの分子量を示した。
実施例6からの変性されたセラミック繊維基材の1×3cmのストリップをストックシートから切断し、重量が48mgであった。実施例22からのポリ(オキサジアゾールペルフルオロスルホンイミド)の水和油を、脱イオン水で流体になるまで希釈した。ストリップをバイアル内に置き、油中に浸漬し、次に、窒素パージ下で冷却真空オーブン内で乾燥させた。処理されたストリップは、重量が246mgであり、したがって、それは、水和ポリマー80%を含有した。
実施例23からの残りの処理されたストリップを使用して、別のサンプルを製造し、スタックを圧縮する前に1滴の脱イオン水をサンプルに加える以外は、面通過導電性の測定を行った。
撹拌バー、セプタム、およびドライアイスコンデンサを備えたジャケット付添加漏斗が装備された500mLの2首丸底フラスコに、アセトニトリル60mLを投入し、窒素でパージし、−40℃に冷却した。アンモニアを漏斗内に凝縮して、4.5mL(0.18モル)を収集し、フラスコに加えた。グローブボックス内で、125mLのフラスコに、2,5−ビス(ジフルオロ−フルオロスルホニル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾール10.02g(0.030モル)、アセトニトリル90mLを投入し、セプタムでシールした。溶液をカニューレによって−40℃のアンモニアに滴状に加えて、沈殿物を生じさせた。混合物を1時間撹拌し、室温に温め、1時間撹拌した。混合物を、エーテル中の2M塩化水素30mL、および塩化カルシウム1.2gで処理した。結果として生じる固体を濾過分離し、アセトニトリルで2回洗浄した。溶液を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させた。残留物は、100%の粗収率について重量が9.83gであった。混合物を、60:40の酢酸エチル/ヘキサンを使用するシリカゲル上のクロマトグラフィにかけ、52%の純収率について2,5−ビス(ジフルオロ−スルファモイル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾール5.16gを生じさせた。19F NMR(CD3CN):−106.62(s,CF2)。同様の純度のいくつかのサンプルを合計7.5gで組合せ、脱色炭を使用してアニソールから再結晶させて、92%の質量バランスについて6.88gを生じさせた。
グローブボックス内で、撹拌バー、コンデンサ、およびセプタムが装備された100mLの丸底フラスコに、2,5−ビス(ジフルオロ−スルファモイル−メチル)−[1,3,4]オキサジアゾール2.297g(0.007モル)、オクタフルオロ−1,4−ブタンジスルホニルジフルオリド2.563g(0.007モル)、およびアセトニトリル20mLを投入した。フラスコにトリエチルアミン4.2mL(0.03モル)を加えた。溶液を4時間撹拌し、次に、窒素下で加熱して還流にした。2晩後、混合物を室温に冷却し、水酸化ナトリウム1.2g(0.03モル)および塩化カルシウム3.4g(0.03モル)で処理し、短く加熱して還流にした。固体を濾過分離し、アセトニトリルで洗浄した。溶液を蒸発させ、残留物を真空下で乾燥させた。残留物を、十分な水酸化ナトリウムを加えることによって還流において脱イオン水100mLに溶解して、いかなる残りの固体も溶解した。熱い溶液を、脱色炭、珪藻土で処理し、次に、5μmのPTFE膜フィルタを通して濾過した。蒸発後、1H NMR(CD3CN)によれば、残留物はトリエチルアミンを含有した。固体を脱イオン水500mLに溶解し、水溶液を、実施例2の一般的な手順に従うイオン交換にかけて、トリエチルアミンがない吸湿性固体を生じさせた。イオン交換手順を繰返して、完全なプロトン交換を確実にし、結果として生じる固体を真空下で乾燥させて、所望のポリ(オキサジアゾールペルフルオロスルホンイミド)の95%の収率について4.36gを生じさせた。19F NMR(CD3CN):−120.96(m,CF2)、−113.73(m,CF2)、−110.56(s,CF2)。
1×3cmのストリップをガラスマイクロファイバーフィルタペーパー(酸処理された低金属TCLPフィルタ(Acid Treated Low Metal TCLP filters)、英国メイドストンのワットマン・インターナショナル・リミテッド(Whatman International Ltd., Maidstone, England))から切断し、重量が24mgであった。実施例26からのポリ(オキサジアゾールペルフルオロスルホンイミド)をバイアルに加え、最小の脱イオン水に溶解した。ストリップをバイアル内に置き、溶液中に浸漬し、次に、窒素パージ下で冷却真空オーブン内で乾燥させた。処理されたストリップは、重量が259mgであり、したがって、それは、水和ポリマー91%を含有した。
1×1cmのストリップをガラスマイクロファイバーフィルタペーパー(酸処理された低金属TCLPフィルタ、英国メイドストンのワットマン・インターナショナル・リミテッド)から切断し、重量が8mgであった。実施例26からのポリ(オキサジアゾールペルフルオロスルホンイミド)をバイアルに加え、最小の脱イオン水に溶解した。ストリップをバイアル内に置き、溶液中に浸漬し、次に、窒素パージ下で冷却真空オーブン内で乾燥させた。処理されたストリップは、重量が123mgであり、したがって、それは、水和ポリマー93%を含有した。
1. 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物。
2. 化合物が小分子である上記1に記載の化合物。
3. 化合物がポリマーの繰返し単位である上記1に記載の化合物。
4. A1は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラゾール、トリアジン、テトラゾール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、およびビベンゾイミダゾールよりなる群から選択される上記1、2、または3に記載の化合物。
5. A1は、[1,3,4]オキサジアゾール、[1,3,4]チアジアゾール、および[1,2,4]トリアゾールよりなる群から選択される上記4に記載の化合物。
6. A1は、[1,3,4]オキサジアゾールである上記5に記載の化合物。
7. R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である上記1、2、または3に記載の化合物。
8. R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子を含有する、1から10の炭素原子を有する直鎖状または分枝状過フッ素化飽和基または不飽和基である上記7に記載の化合物。
9. R1、R2、およびR3は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である上記8に記載の化合物。
10. m+n+pは2または3に等しい上記1、2、または3に記載の化合物。
11. m+n+pは2に等しい上記10に記載の化合物。
12. A2は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、およびビベンゾイミダゾールなどの二価芳香族複素環式基である上記1または3に記載の化合物。
13. A2は、[1,3,4]オキサジアゾールである上記12に記載の化合物。
14. R5、R6、およびR7は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である上記1または3に記載の化合物。
15. Y1、Y2、およびY3は、各々、−OHまたは−NH−SO2−R4(R4は任意の一価フッ素化基である)に等しく、qは1である上記1または2に記載の化合物。
16. R4は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である上記15に記載の化合物。
17. m+n+pは2または3に等しい上記15に記載の化合物。
18. Y1は−NH−SO2−R4であり、nおよびpは各々0に等しく、mは2または3である上記1または2に記載の化合物。
19. mおよびnは各々1に等しく、pは0から1であり、qは0である上記1または3に記載の化合物。
20. A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−である上記19に記載の化合物。
21. A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R5−SO2−NH−(R5は二価フッ素化基である)である上記19に記載の化合物。
22. A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−(R6およびR7は二価フッ素化基である)である上記19に記載の化合物。
23. 化合物が、任意の種類のポリマー繰返し単位を、互いに対して任意の比でランダムに組合せることによって得られるランダムコポリマーであり、mおよびnは各々1に等しく、pは0から1であり、qは0である上記1または3に記載の化合物。
24. A1は二価芳香族複素環式基であり、mは2であり、nおよびpは各々0に等しく、Y1は−NH−SO2−R4である上記1または2に記載の化合物。
25. A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−である上記1または3に記載の化合物。
26. A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R5−SO2−NH−である上記1または3に記載の化合物。
27. A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−である上記1または3に記載の化合物。
28. 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子がフッ素化フルオロスルホニル基で完全に置換されるように、m+n+pは2または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3である)
を有するフッ素化フルオロスルホニル置換複素環。
29. A3は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0である上記28に記載のフッ素化フルオロスルホニル置換複素環。
30. A3は二価芳香族複素環式基であり、nおよびpは各々0に等しく、mは2である上記28に記載のフッ素化フルオロスルホニル置換複素環。
31. (a)下記構造:
F−SO2−R8−X
(式中、R8は、R1について上で定義されたような二価フッ素化基であり、Xはアシル基である)
を有するフルオロスルホニル含有アシル誘導体を提供する工程と;
(b)工程(a)からのフルオロスルホニル含有アシル誘導体を窒素試薬と縮合させて、スルホニル含有前駆体を形成する工程と;
(c)工程(b)のスルホニル含有前駆体を熱分解または脱水によって環化して、フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基を含有するスルホニル含有芳香族複素環式化合物を形成する工程と;
(d)(i)フルオロスルホニル基をフッ素化スルホンアミドと縮合させる、
(ii)スルホンアミド基をフッ素化スルホニルフルオリドと縮合させる、
(iii)フルオロスルホニル基を、最初にアンモニアと縮合させてスルホンアミド基を形成し、その後、フッ素化スルホニルフルオリドと縮合させてスルホンイミド基を形成する、または
(iv)フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基の加水分解によりスルホン酸基を形成することによって、フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基を含有する、工程(c)のスルホニル含有芳香族複素環式化合物を、酸性スルホニル含有芳香族複素環式化合物に変える工程とを含んでなる、化合物を合成するための方法。
32. アシル基が、アシルフルオリド、アシルクロリド、アシルブロミド、アシルヨージド、エステル、アミド、およびニトリルよりなる群から選択される上記31に記載の方法。
33. 窒素試薬が、アンモニア;ヒドラジン;アジド;および有機オルト置換芳香族アミンよりなる群から選択される上記31に記載の方法。
34. フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをヒドラジンと縮合させて、ジヒドラジド基とフルオロスルホニル基とを含有するビス(フルオロスルホニル)ジヒドラジドを形成し;脱水を用いてジヒドラジド基を環化することによって[1,3,4]オキサジアゾール環を形成し;フルオロスルホニル基をアンモニアと縮合させて、スルホンアミド基を含有するビス(スルホンアミド)−[1,3,4]オキサジアゾールを形成し;フッ素化スルホニルフルオリド、R4−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、ビス(スルホンイミド)−[1,3,4]オキサジアゾールを合成するための方法であって、R4およびR8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
35. フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをヒドラジンと縮合させて、ジヒドラジド基とフルオロスルホニル基とを含有するビス(フルオロスルホニル)ジヒドラジドを形成し;脱水を用いてジヒドラジド基を環化することによって[1,3,4]オキサジアゾール環を形成し;フルオロスルホニル基をアンモニアと縮合させて、スルホンアミド基を含有するビス(スルホンアミド)−[1,3,4]オキサジアゾールを形成し;フッ素化ジスルホニルジフルオリド、F−SO2−R5−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、スルホンイミド基と[1,3,4]オキサジアゾール基とを含有するコポリマーを合成するための方法であって、R5およびR8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
36. フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをアンモニアと縮合させて、カルバミド基とスルホンアミド基とを含有するジアミドを形成し;カルバミド基をオルト−フェニレンジアミンと縮合させて、カルバミド付加物を形成し;熱分解によってカルバミド付加物を環化して、ベンゾイミダゾール基を形成し、フッ素化スルホニルフルオリド、R4−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、ベンゾイミダゾールスルホンイミドを合成するための方法であって、R4およびR8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
37. フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをオルト−フェニレンジアミンと縮合させて、カルバミド付加物を形成し;熱分解によってカルバミド付加物を環化して、ベンゾイミダゾール基を形成し、フルオロスルホニル基を加水分解することによってスルホン酸基を形成することによって、ベンゾイミダゾールスルホン酸を合成するための方法であって、R8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
38. 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物が中に吸収された多孔性基材を含んでなる固体ポリマー電解質膜。
39. 多孔性基材が、過フッ素化ポリマーの微孔性フィルムおよび無機繊維基材よりなる群から選択される、上記38に記載の固体ポリマー電解質膜。
40. 化合物が小分子である上記38に記載の固体ポリマー電解質膜。
41. 化合物がポリマーの繰返し単位である上記38に記載の固体ポリマー電解質膜。
42. 化合物が、多孔性支持体内で、架橋されるか、グラフト化されるか、鎖延長される上記38に記載の固体ポリマー電解質膜。
43. 化合物が、架橋、グラフト化、または鎖延長をもたらすために、反応性官能基を含有するように変性される上記42に記載の固体ポリマー電解質膜。
44. 化合物が、架橋、グラフト化、または鎖延長をもたらすために、試薬と混合される上記42に記載の固体ポリマー電解質膜。
45. 第1の表面および第2の表面を有する固体ポリマー電解質膜と、固体ポリマー電解質膜の第1の表面上に存在するアノードと、固体ポリマー電解質膜の第2の表面上に存在するカソードとを含んでなる触媒コーティング膜であって、固体ポリマー電解質膜が、下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物が中に吸収された多孔性基材を含んでなる、触媒コーティング膜。
46. 第1の表面および第2の表面を有し、かつ下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなるポリマー電解質膜を含んでなる膜電極アセンブリ。
47. 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなる電極触媒コーティング組成物。
48. 触媒をさらに含んでなる上記47に記載の電極触媒コーティング組成物。
49. ポリマー電解質膜を含んでなる電気化学電池であって、ポリマー電解質膜が、下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなる、電気化学電池。
50. 燃料電池、バッテリ、クロルアルカリ電池、電解セル、センサ、電気化学キャパシタ、および修正電極よりなる群から選択される上記49に記載の電気化学電池。
Claims (95)
- 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物。 - 化合物が小分子である請求項1に記載の化合物。
- 化合物がポリマーの繰返し単位である請求項1に記載の化合物。
- A1は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラゾール、トリアジン、テトラゾール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、およびビベンゾイミダゾールよりなる群から選択される請求項1、2、または3に記載の化合物。
- A1は、[1,3,4]オキサジアゾール、[1,3,4]チアジアゾール、および[1,2,4]トリアゾールよりなる群から選択される請求項4に記載の化合物。
- A1は、[1,3,4]オキサジアゾールである請求項5に記載の化合物。
- R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である請求項1、2、または3に記載の化合物。
- R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子を含有する、1から10の炭素原子を有する直鎖状または分枝状過フッ素化飽和基または不飽和基である請求項7に記載の化合物。
- R1、R2、およびR3は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である請求項8に記載の化合物。
- m+n+pは2または3に等しい請求項1、2、または3に記載の化合物。
- m+n+pは2に等しい請求項10に記載の化合物。
- A2は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、およびビベンゾイミダゾールなどの二価芳香族複素環式基である請求項1または3に記載の化合物。
- A2は、[1,3,4]オキサジアゾールである請求項12に記載の化合物。
- R5、R6、およびR7は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である請求項1または3に記載の化合物。
- Y1、Y2、およびY3は、各々、−OHまたは−NH−SO2−R4(R4は任意の一価フッ素化基である)に等しく、qは1である請求項1または2に記載の化合物。
- R4は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である請求項15に記載の化合物。
- m+n+pは2または3に等しい請求項15に記載の化合物。
- Y1は−NH−SO2−R4であり、nおよびpは各々0に等しく、mは2または3である請求項1または2に記載の化合物。
- mおよびnは各々1に等しく、pは0から1であり、qは0である請求項1または3に記載の化合物。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−である請求項19に記載の化合物。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R5−SO2−NH−(R5は二価フッ素化基である)である請求項19に記載の化合物。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−(R6およびR7は二価フッ素化基である)である請求項19に記載の化合物。
- 化合物が、任意の種類のポリマー繰返し単位を、互いに対して任意の比でランダムに組合せることによって得られるランダムコポリマーであり、mおよびnは各々1に等しく、pは0から1であり、qは0である請求項1または3に記載の化合物。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mは2であり、nおよびpは各々0に等しく、Y
1は−NH−SO2−R4である請求項1または2に記載の化合物。 - A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−である請求項1または3に記載の化合物。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R5−SO2−NH−である請求項1または3に記載の化合物。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−である請求項1または3に記載の化合物。
- A3は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0である請求項28に記載のフッ素化フルオロスルホニル置換複素環。
- A3は二価芳香族複素環式基であり、nおよびpは各々0に等しく、mは2である請求項28に記載のフッ素化フルオロスルホニル置換複素環。
- (a)下記構造:
F−SO2−R8−X
(式中、R8は、R1について上で定義されたような二価フッ素化基であり、Xはアシル基である)
を有するフルオロスルホニル含有アシル誘導体を提供する工程と;
(b)工程(a)からのフルオロスルホニル含有アシル誘導体を窒素試薬と縮合させて、スルホニル含有前駆体を形成する工程と;
(c)工程(b)のスルホニル含有前駆体を熱分解または脱水によって環化して、フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基を含有するスルホニル含有芳香族複素環式化合物を形成する工程と;
(d)(i)フルオロスルホニル基をフッ素化スルホンアミドと縮合させる、
(ii)スルホンアミド基をフッ素化スルホニルフルオリドと縮合させる、
(iii)フルオロスルホニル基を、最初にアンモニアと縮合させてスルホンアミド基を形成し、その後、フッ素化スルホニルフルオリドと縮合させてスルホンイミド基を形成する、または
(iv)フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基の加水分解によりスルホン酸基を形成することによって、フルオロスルホニル基またはスルホンアミド基を含有する、工程(c)のスルホニル含有芳香族複素環式化合物を、酸性スルホニル含有芳香族複素環式
化合物に変える工程とを含んでなる、化合物を合成するための方法。 - アシル基が、アシルフルオリド、アシルクロリド、アシルブロミド、アシルヨージド、エステル、アミド、およびニトリルよりなる群から選択される請求項31に記載の方法。
- 窒素試薬が、アンモニア;ヒドラジン;アジド;および有機オルト置換芳香族アミンよりなる群から選択される請求項31に記載の方法。
- フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをヒドラジンと縮合させて、ジヒドラジド基とフルオロスルホニル基とを含有するビス(フルオロスルホニル)ジヒドラジドを形成し;脱水を用いてジヒドラジド基を環化することによって[1,3,4]オキサジアゾール環を形成し;フルオロスルホニル基をアンモニアと縮合させて、スルホンアミド基を含有するビス(スルホンアミド)−[1,3,4]オキサジアゾールを形成し;フッ素化スルホニルフルオリド、R4−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、ビス(スルホンイミド)−[1,3,4]オキサジアゾールを合成するための方法であって、R4およびR8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
- フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをヒドラジンと縮合させて、ジヒドラジド基とフルオロスルホニル基とを含有するビス(フルオロスルホニル)ジヒドラジドを形成し;脱水を用いてジヒドラジド基を環化することによって[1,3,4]オキサジアゾール環を形成し;フルオロスルホニル基をアンモニアと縮合させて、スルホンアミド基を含有するビス(スルホンアミド)−[1,3,4]オキサジアゾールを形成し;フッ素化ジスルホニルジフルオリド、F−SO2−R5−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、スルホンイミド基と[1,3,4]オキサジアゾール基とを含有するコポリマーを合成するための方法であって、R5およびR8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
- フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをアンモニアと縮合させて、カルバミド基とスルホンアミド基とを含有するジアミドを形成し;カルバミド基をオルト−フェニレンジアミンと縮合させて、カルバミド付加物を形成し;熱分解によってカルバミド付加物を環化して、ベンゾイミダゾール基を形成し、フッ素化スルホニルフルオリド、R4−SO2−Fをスルホンアミド基と縮合させることによってスルホンイミド基を形成することによって、ベンゾイミダゾールスルホンイミドを合成するための方法であって、R4およびR8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
- フルオロスルホニルアシルフルオリド、F−SO2−R8−CO−Fをオルト−フェニレンジアミンと縮合させて、カルバミド付加物を形成し;熱分解によってカルバミド付加物を環化して、ベンゾイミダゾール基を形成し、フルオロスルホニル基を加水分解することによってスルホン酸基を形成することによって、ベンゾイミダゾールスルホン酸を合成するための方法であって、R8は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である方法。
- 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物が中に吸収された多孔性基材を含んでなる固体ポリマー電解質膜。 - 多孔性基材が、過フッ素化ポリマーの微孔性フィルムおよび無機繊維基材よりなる群から選択される、請求項38に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 化合物が小分子である請求項38に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 化合物がポリマーの繰返し単位である請求項38に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 化合物が、多孔性支持体内で、架橋されるか、グラフト化されるか、鎖延長される請求項38に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 化合物が、架橋、グラフト化、または鎖延長をもたらすために、反応性官能基を含有するように変性される請求項42に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 化合物が、架橋、グラフト化、または鎖延長をもたらすために、試薬と混合される請求項42に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラゾール、トリアジン、テトラゾール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、およびビベンゾイミダゾールよりなる群から選択される請求項38、40、または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は、[1,3,4]オキサジアゾール、[1,3,4]チアジアゾール、および[1,2,4]トリアゾールよりなる群から選択される請求項45に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は、[1,3,4]オキサジアゾールである請求項46に記載の固体ポリマー電解質膜。
- R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である請求項38、40、または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- R1、R2、およびR3は、場合によりエーテル酸素原子を含有する、1から10の炭素原子を有する直鎖状または分枝状過フッ素化飽和基または不飽和基である請求項48に記載の固体ポリマー電解質膜。
- R1、R2、およびR3は、1から6の炭素原子を有する直鎖状過フッ素化飽和基である請求項49に記載の固体ポリマー電解質膜。
- m+n+pは2または3に等しい請求項38、40、または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- m+n+pは2に等しい請求項51に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A2は、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ベンゾビスオキサゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスイミダゾール、ビベンゾオキサゾール、ビベンゾチアゾール、およびビベンゾイミダゾールなどの二価芳香族複素環式基である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A2は、[1,3,4]オキサジアゾールである請求項53に記載の固体ポリマー電解質膜。
- R5、R6、およびR7は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- Y1、Y2、およびY3は、各々、−OHまたは−NH−SO2−R4(R4は任意の一価フッ素化基である)に等しく、qは1である請求項38または40に記載の固体ポリマー電解質膜。
- R4は、場合によりエーテル酸素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を含有する、1から20の炭素原子を有する直鎖状、分枝状、または環状過フッ素化または部分フッ素化飽和基または不飽和基である請求項56に記載の固体ポリマー電解質膜。
- m+n+pは2または3に等しい請求項56に記載の固体ポリマー電解質膜。
- Y1は−NH−SO2−R4であり、nおよびpは各々0に等しく、mは2または3である請求項38または40に記載の固体ポリマー電解質膜。
- mおよびnは各々1に等しく、pは0から1であり、qは0である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、q
は0であり、Y1は−NH−である請求項60に記載の固体ポリマー電解質膜。 - A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R5−SO2−NH−(R5は二価フッ素化基である)である請求項60に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−(R6およびR7は二価フッ素化基である)である請求項60に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 化合物が、任意の種類のポリマー繰返し単位を、互いに対して任意の比でランダムに組合せることによって得られるランダムコポリマーであり、mおよびnは各々1に等しく、pは0から1であり、qは0である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mは2であり、nおよびpは各々0に等しく、Y1は−NH−SO2−R4である請求項38または40に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R5−SO2−NH−である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- A1は二価芳香族複素環式基であり、mおよびnは各々1に等しく、pは0であり、qは0であり、Y1は−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−である請求項38または41に記載の固体ポリマー電解質膜。
- 第1の表面および第2の表面を有する固体ポリマー電解質膜と、固体ポリマー電解質膜の第1の表面上に存在するアノードと、固体ポリマー電解質膜の第2の表面上に存在するカソードとを含んでなる触媒コーティング膜であって、固体ポリマー電解質膜が、下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−S
O2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物が中に吸収された多孔性基材を含んでなる、触媒コーティング膜。 - 第1の表面および第2の表面を有し、かつ下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなるポリマー電解質膜を含んでなる膜電極アセンブリ。 - 固体ポリマー電解質が多孔性支持体をさらに含んでなる請求項70に記載の膜電極アセンブリ。
- ポリマー電解質膜の第1および第2の表面上に存在する、電極触媒コーティング組成物から製造された少なくとも1つの電極をさらに含んでなる請求項70に記載の膜電極アセンブリ。
- 少なくとも1つの電極上にポリマー電解質膜から離れた側に存在する少なくとも1つのガス拡散バッキングをさらに含んでなる請求項72に記載の膜電極アセンブリ。
- ポリマー電解質膜の第1および第2の表面上に存在する少なくとも1つのガス拡散電極をさらに含んでなり、ガス拡散電極が、ガス拡散バッキングと、電極触媒コーティング組成物から製造された電極とを含んでなる請求項70に記載の膜電極アセンブリ。
- 電極がアノードである請求項72または74に記載の膜電極アセンブリ。
- 電極がカソードである請求項72または74に記載の膜電極アセンブリ。
- 電極触媒コーティング組成物が、下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなる請求項72または74に記載の膜電極アセンブリ。 - 電極触媒コーティング組成物が触媒をさらに含んでなる請求項77に記載の膜電極アセンブリ。
- 下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなる電極触媒コーティング組成物。 - 触媒をさらに含んでなる請求項79に記載の電極触媒コーティング組成物。
- ポリマー電解質膜を含んでなる電気化学電池であって、ポリマー電解質膜が、下記一般構造:
R1、R2、およびR3は、二価フッ素化基であり;
複素環式環の炭素原子が酸性フッ素化スルホニル含有基で完全に置換されるように、m+n+pは、1、2、または3に等しいという条件で、m、n、およびpは、0から3であり;
qは0または1であり;
Y1は、−OH、−NH−SO2−R4(R4は一価フッ素化基である)、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、または−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−であり(A2は二価芳香族複素環式基であり、R5、R6、およびR7は、二価フッ素化基である);
mおよびnが各々1に等しく、pが0から1であり、qが0である場合、Y1は、−NH−、−NH−SO2−R5−SO2−NH−、および−NH−SO2−R6−A2−R7−SO2−NH−よりなる群から選択されるという条件で、Y2およびY3は、−OHまたは−NH−SO2−R4である]
を有する化合物を含んでなる、電気化学電池。 - 燃料電池、バッテリ、クロルアルカリ電池、電解セル、センサ、電気化学キャパシタ、および修正電極よりなる群から選択される請求項81に記載の電気化学電池。
- 電気化学電池が燃料電池である請求項82に記載の電気化学電池。
- ポリマー電解質膜が多孔性支持体をさらに含んでなる請求項83に記載の燃料電池。
- 化合物が多孔性支持体内に吸収される請求項84に記載の燃料電池。
- 固体ポリマー電解質膜の第1および第2の表面上に存在するアノードおよびカソードをさらに含んでなる請求項83に記載の燃料電池。
- アノードまたはカソードの、固体ポリマー電解質膜から離れた側に存在する少なくとも1つのガス拡散バッキングを含んでなる請求項86に記載の燃料電池。
- ガス拡散電極を含んでなり、ガス拡散電極が、ガス拡散バッキング上の少なくとも1つの電極を含んでなり、電極が、固体ポリマー電解質膜と接触して存在する請求項83に記載の燃料電池。
- 電極がアノードである請求項88に記載の燃料電池。
- 電極がカソードである請求項88に記載の燃料電池。
- 電極が、アノードと、カソードとを含んでなる請求項88に記載の燃料電池。
- 燃料をアノードに送出するための手段と、酸素をカソードに送出するための手段と、アノードおよびカソードを外部電気負荷に接続するための手段と、アノードと接触する液体または気体状態の燃料と、カソードと接触する酸素とをさらに含んでなる請求項86または91に記載の燃料電池。
- 燃料が水素である請求項83、86、または88に記載の燃料電池。
- 燃料がアルコールである請求項83、86、または88に記載の燃料電池。
- 燃料がメタノールである請求項94に記載の燃料電池。
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