JP2021039950A - Binder for fuel cell - Google Patents

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Abstract

To provide a high-performance catalyst and binder.SOLUTION: Provided are a catalyst containing calcined polyaniline containing phosphonic acid residues and a binder for a fuel cell. By using the catalyst containing the calcined polyaniline phosphonic acid, a positive electrode catalyst with catalytic activity is provided at a low cost and easily without use of conventional catalysts such as platinum. The polyaniline phosphonic acid can also be used as a halogen-free binder for electrode formation in a fuel cell. The present invention also provides a fuel cell using the catalyst or binder.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、触媒およびバインダー、特に燃料電池用の触媒およびバインダーに関する。1つの局面において、本発明は、酸素還元特性を持つ、ポリアニリンホスホン酸またはその焼成体を含む燃料電池用正極触媒に関する。 The present invention relates to catalysts and binders, especially catalysts and binders for fuel cells. In one aspect, the present invention relates to a positive electrode catalyst for a fuel cell containing polyaniline phosphonic acid or a calcined product thereof, which has oxygen reduction properties.

本発明はまた、固体高分子型燃料電池(PEFC)に関する。1つの局面において、本発明は、PEFCに用いる電極に関する。また1つの局面において、本発明は、PEFCに用いる電極層に用いるバインダーに関する。 The present invention also relates to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). In one aspect, the present invention relates to electrodes used in PEFC. In one aspect, the present invention relates to a binder used for an electrode layer used in PEFC.

近年、電気エネルギーの供給元である火力発電、水力発電又は原子力発電による環境汚染が非常に問題となっている。そこで、水素エネルギーから電気エネルギーを取り出すことができる燃料電池の開発が注目されている。水素は水や炭化水素化合物を分解することにより得られ、単位重量に含まれる化学エネルギーが大きい。また、水素ガスの酸化反応によって生成するのは水であり、有害物質や地球温暖化ガスであるCOを発生しないという利点を有する。 In recent years, environmental pollution caused by thermal power generation, hydroelectric power generation, or nuclear power generation, which are sources of electric energy, has become a serious problem. Therefore, attention is being paid to the development of a fuel cell capable of extracting electric energy from hydrogen energy. Hydrogen is obtained by decomposing water and hydrocarbon compounds, and the chemical energy contained in the unit weight is large. Further, water is produced by the oxidation reaction of hydrogen gas, and has an advantage that it does not generate harmful substances or CO 2 which is a global warming gas.

負極燃料に水素ガス、正極燃料に酸素ガスを用いる固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell,PEFC)では、水素ガスの酸化反応と酸素ガスの還元反応の触媒としてPtが使用されている。Pt触媒上で、水素ガスの酸化反応は常温で速やかに進行する。しかし、Pt触媒上で、酸素ガスの還元反応は水素ガスの酸化反応に比較して活性化エネルギーが大きく、PEFCの電圧低下の大きな要因となっている。したがって、PEFCで使用される触媒材料の課題は、高い酸素還元反応活性を有する触媒材料の開発である。 In a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that uses hydrogen gas as the negative electrode fuel and oxygen gas as the positive electrode fuel, Pt is used as a catalyst for the oxidation reaction of hydrogen gas and the reduction reaction of oxygen gas. On the Pt catalyst, the oxidation reaction of hydrogen gas proceeds rapidly at room temperature. However, on the Pt catalyst, the reduction reaction of oxygen gas has a larger activation energy than the oxidation reaction of hydrogen gas, which is a major factor in lowering the voltage of PEFC. Therefore, the challenge of catalyst materials used in PEFC is the development of catalyst materials with high oxygen reduction reaction activity.

例えば、下記特許文献1には、白金等の金属微粒子が多孔質炭素膜の細孔表面壁に分散担持された燃料電池用電極が開示されている。しかし、下記特許文献1をはじめとする従来の技術においては、高価な白金を触媒として使用するので、コストが高くなるという問題があった。そこで、下記特許文献2では含窒素グラファイトを用いた燃料電池用電極が開示されている。また、下記非特許文献1ではポリアニリンにサリチル酸をドープさせることで三次元網目構造が形成された燃料電池用電極が開示されている。非特許文献1の方法では、NaClの再結晶および洗浄の工程を含むため、多くの労力と時間を要するという欠点を有する。そのため、より簡便で製造できる触媒が望まれている。 For example, Patent Document 1 below discloses an electrode for a fuel cell in which fine metal particles such as platinum are dispersed and supported on the surface wall of pores of a porous carbon film. However, in the conventional techniques such as Patent Document 1 below, since expensive platinum is used as a catalyst, there is a problem that the cost is high. Therefore, Patent Document 2 below discloses an electrode for a fuel cell using nitrogen-containing graphite. Further, Non-Patent Document 1 below discloses an electrode for a fuel cell in which a three-dimensional network structure is formed by doping polyaniline with salicylic acid. The method of Non-Patent Document 1 has a drawback that it requires a lot of labor and time because it includes a step of recrystallization and washing of NaCl. Therefore, a catalyst that can be manufactured more easily is desired.

また、電池用電極材料に限らず、高い触媒活性能を備えた還元反応活性触媒を実現できれば、現在様々な分野で使用されている還元反応の効率を向上させることができる。例えば、二酸化炭素還元反応などに使用できると考えられる。 Further, not limited to the electrode material for batteries, if a reduction reaction active catalyst having a high catalytic activity can be realized, the efficiency of the reduction reaction currently used in various fields can be improved. For example, it is considered that it can be used for carbon dioxide reduction reaction.

さらに、燃料電池用のバインダーにおいては、ハロゲンを含む樹脂が使用されることが多く、ハロゲンを含まない樹脂においてバインダーの性能を達成できるものが求められていた。 Further, in a binder for a fuel cell, a resin containing halogen is often used, and a resin containing no halogen has been required to achieve the performance of the binder.

また、燃料電池用のバインダーには、高いプロトン伝導性・電気伝導性・酸素透過性が重要であると考えられている。現在、燃料電池用のバインダーに汎用されているナフィオンは、絶縁体である。そのため、ナフィオンに包まれて電極から孤立する触媒が生じると、触媒利用率の低下を招くことになる。プロトン伝導性に加えて、電気伝導性を付与したバインダーがあれば、このような問題は解決されると考えられる。 Further, it is considered that high proton conductivity, electrical conductivity, and oxygen permeability are important for binders for fuel cells. Currently, Nafion, which is widely used as a binder for fuel cells, is an insulator. Therefore, if a catalyst that is wrapped in naphthion and isolated from the electrode is generated, the catalyst utilization rate will be lowered. It is thought that such a problem can be solved if there is a binder that imparts electrical conductivity in addition to proton conductivity.

特開2004−335459号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-335459 特開2013−202430号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-202430

J.Am.Chem.Soc.2015,137,5414−5420.J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5414-5420.

しかし、上記特許文献2及び非特許文献1は高価な白金を触媒としないが触媒の合成に強酸を使用した厳しい条件での合成乃至長時間での合成が必要であった。そこで本発明は、白金等の高価な触媒金属を使用せずに容易に合成可能な高い触媒活性能を備えた酸素還元反応活性触媒及びこれを使用した燃料電池を提供することにある。 However, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 require synthesis under severe conditions or long-term synthesis using a strong acid for the synthesis of the catalyst, although the expensive platinum is not used as a catalyst. Therefore, the present invention is to provide an oxygen reduction reaction active catalyst having a high catalytic activity that can be easily synthesized without using an expensive catalytic metal such as platinum, and a fuel cell using the same.

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、上記諸課題は、特定構造のポリアニリンまたはその焼成体を含むことを特徴とする触媒を用いることにより達成されることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be achieved by using a catalyst characterized by containing a polyaniline having a specific structure or a calcined product thereof, and have completed the present invention. ..

例えば、本発明は、下記の触媒等を提供する。 For example, the present invention provides the following catalysts and the like.

(項1)
還元反応を促進するための触媒であって、
下記一般式(1):
−(A− (1)
で表されるポリアニリンまたはその焼成体を含み、ここで、
は各々独立して置換もしくは非置換のアニリンモノマー残基であり、
は各々独立してm個のホスホン酸残基Rとn個の置換基Rとを有し、
ホスホン酸残基Rは、以下の式で表され:
(Item 1)
A catalyst for promoting the reduction reaction
The following general formula (1):
-(A 1 ) k- (1)
Including polyaniline represented by or a calcined product thereof, where
A 1 is an independently substituted or unsubstituted aniline monomer residue.
Each of A 1 has m phosphonic acid residues R p and n substituents R independently.
The phosphonic acid residue R p is expressed by the following formula:

式中、
およびMは各々独立して水素原子、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選ばれた少なくとも1つであり、
とMは同じであってもよく異なってもよく、
またはMのうちの一方がアルカリ土類金属である場合には、1つのR基中の2つのOに該アルカリ土類金属原子が結合していてMまたはMのうちの他方が存在しない構造となるか、または、2つのR基のOを該アルカリ土類金属原子が架橋する構造となり、
Rは、各々独立してハロゲン原子、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素原子数1〜15のアルコキシ基、炭素原子数1〜15のアルキルチオ基、炭素原子数1〜15のアルキルアミノ基、カルボキシル基、エステル残基の炭素原子数が1〜15のカルボン酸エステル基、ニトロ基およびシアノ基からなる群から選ばれた少なくとも1つであり、
mは各々独立して1〜4の整数であり、
nは各々独立して0〜3の整数であり、
それぞれのアニリンモノマー残基において各々独立してmとnの和は4以下であり、
kは4〜3000の整数である、
触媒。
During the ceremony
M 1 and M 2 are independently hydrogen atoms, alkyl groups having 1 to 15 carbon atoms, aralkyl groups having 7 to 34 carbon atoms, aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, alkali metals, and alkaline earth metals. At least one selected from the group consisting of an ammonium group and a pyridinium group.
M 1 and M 2 may be the same or different,
If one of the M 1 or M 2 is an alkaline earth metal, one of the two O in R p groups - one of M 1 or M 2 have the said alkaline earth metal atom is bonded The structure is such that the other of the above does not exist, or the structure is such that the alkaline earth metal atom bridges the O of two R p groups.
R is an independently halogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms, and an alkylthio group having 1 to 15 carbon atoms. It is at least one selected from the group consisting of an alkylamino group having 1 to 15 carbon atoms, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group having 1 to 15 carbon atoms in the ester residue, a nitro group and a cyano group.
m is an integer of 1 to 4 independently,
n is an integer of 0 to 3 independently.
The sum of m and n is 4 or less independently for each aniline monomer residue.
k is an integer from 4 to 3000,
catalyst.

(項2)
さらにビピリジン化合物を含む、上記項1に記載の触媒。
(Item 2)
Item 2. The catalyst according to Item 1, further comprising a bipyridine compound.

(項3)
さらに鉄、コバルト、またはニッケルの化合物を含む、上記項1または2に記載の触媒。
(Item 3)
Item 2. The catalyst according to Item 1 or 2, further comprising a compound of iron, cobalt, or nickel.

(項4)
前記ポリアニリンの焼成体を含むことを特徴とする、上記項1〜3のいずれか1項に記載の触媒。
(Item 4)
The catalyst according to any one of Items 1 to 3 above, which comprises a calcined product of the polyaniline.

(項5)
前記焼成体が700℃以上の温度で焼成されたものであることを特徴とする、上記項4に記載の触媒。
(Item 5)
Item 4. The catalyst according to Item 4, wherein the fired body is fired at a temperature of 700 ° C. or higher.

(項6)
酸素還元反応を促進することを特徴とする、上記項1〜5のいずれか1項に記載の触媒。
(Item 6)
The catalyst according to any one of the above items 1 to 5, which is characterized by promoting an oxygen reduction reaction.

(項7)
燃料電池の正極における酸素還元反応を促進することを特徴とする、上記項1〜6のいずれか1項に記載の触媒。
(Item 7)
The catalyst according to any one of Items 1 to 6, wherein the oxygen reduction reaction at the positive electrode of the fuel cell is promoted.

(項8)
前記ポリアニリン中に導入されたホスホン酸残基の数が、アニリンモノマー残基の数に対して10%以上である、上記項1〜7のいずれか1項に記載の触媒。
(Item 8)
The catalyst according to any one of Items 1 to 7, wherein the number of phosphonic acid residues introduced into the polyaniline is 10% or more with respect to the number of aniline monomer residues.

(項9)
上記項1から上記項8のいずれか1項に記載の触媒を正極に含む、燃料電池。
(Item 9)
A fuel cell comprising the catalyst according to any one of the above items 1 to 8 in the positive electrode.

(項10)
下記一般式(1):
−(A− (1)
で表されるポリアニリンを含む固体高分子形燃料電池用バインダーであって、ここで、
は各々独立して置換もしくは非置換のアニリンモノマー残基であり、
は各々独立してm個のホスホン酸残基Rとn個の置換基Rとを有し、
ホスホン酸残基Rは、以下の式で表され:
(Item 10)
The following general formula (1):
-(A 1 ) k- (1)
It is a binder for polymer electrolyte fuel cells containing polyaniline represented by, and here,
A 1 is an independently substituted or unsubstituted aniline monomer residue.
Each of A 1 has m phosphonic acid residues R p and n substituents R independently.
The phosphonic acid residue R p is expressed by the following formula:

式中、
およびMは各々独立して水素原子、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選ばれた少なくとも1つであり、
とMは同じであってもよく異なってもよく、
ただし、該ポリアニリン中少なくとも1つのMは水素原子であり、
またはMのうちの一方がアルカリ土類金属である場合には、1つのR基中の2つのOに該アルカリ土類金属原子が結合していてMまたはMのうちの他方が存在しない構造となるか、または、2つのR基のOを該アルカリ土類金属原子が架橋する構造となり、
Rは、各々独立してハロゲン原子、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素原子数1〜15のアルコキシ基、炭素原子数1〜15のアルキルチオ基、炭素原子数1〜15のアルキルアミノ基、カルボキシル基、エステル残基の炭素原子数が1〜15のカルボン酸エステル基、ニトロ基およびシアノ基からなる群から選ばれた少なくとも1つであり、
mは各々独立して1〜4の整数であり、
nは各々独立して0〜3の整数であり、
それぞれのアニリンモノマー残基において各々独立してmとnの和は4以下であり、
kは4〜3000の整数である、
固体高分子形燃料電池用バインダー。
During the ceremony
M 1 and M 2 are independently hydrogen atoms, alkyl groups having 1 to 15 carbon atoms, aralkyl groups having 7 to 34 carbon atoms, aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, alkali metals, and alkaline earth metals. At least one selected from the group consisting of an ammonium group and a pyridinium group.
M 1 and M 2 may be the same or different,
However, at least one M 1 in the polyaniline is a hydrogen atom.
If one of the M 1 or M 2 is an alkaline earth metal, one of the two O in R p groups - one of M 1 or M 2 have the said alkaline earth metal atom is bonded The structure is such that the other of the above does not exist, or the structure is such that the alkaline earth metal atom bridges the O of two R p groups.
R is an independently halogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms, and an alkylthio group having 1 to 15 carbon atoms. It is at least one selected from the group consisting of an alkylamino group having 1 to 15 carbon atoms, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group having 1 to 15 carbon atoms in the ester residue, a nitro group and a cyano group.
m is an integer of 1 to 4 independently,
n is an integer of 0 to 3 independently.
The sum of m and n is 4 or less independently for each aniline monomer residue.
k is an integer from 4 to 3000,
Binder for polymer electrolyte fuel cells.

(項11)
前記ポリアニリン中に導入されたホスホン酸残基の数が、アニリンモノマー残基の数に対して10%以上である、上記項10に記載のバインダー。
(Item 11)
Item 2. The binder according to Item 10, wherein the number of phosphonic acid residues introduced into the polyaniline is 10% or more with respect to the number of aniline monomer residues.

(項12)
上記項10または11に記載のバインダーを含む固体高分子形燃料電池。
(Item 12)
A polymer electrolyte fuel cell containing the binder according to item 10 or 11 above.

(項13)
上記項1〜8のいずれか1項に記載の触媒を製造する方法であって、
下記一般式(2):
−(A− (2)
で表されるポリアニリン化合物に、ホスホン化反応を行って含リンポリアニリンを得る工程、および
該含リンポリアニリンから触媒を形成する工程
を包含し、ここで、
は置換もしくは非置換アニリンモノマー残基であって、
各Aは各々独立してn個の置換基Rを有し、
R、nおよびkは上記項1中の定義と同じである、
方法。
(Item 13)
The method for producing the catalyst according to any one of the above items 1 to 8.
The following general formula (2):
− (A 2 ) k − (2)
A step of obtaining a phosphorus-containing polyaniline by performing a phosphorification reaction on the polyaniline compound represented by the above, and a step of forming a catalyst from the phosphorus-containing polyaniline are included.
A 2 is a substituted or unsubstituted aniline monomer residue,
Each A 2 independently has n substituents R.
R, n and k are the same as the definitions in item 1 above.
Method.

(項14)
上記項10または11に記載のバインダーを製造する方法であって、
下記一般式(2):
−(A− (2)
で表されるポリアニリン化合物に、ホスホン化反応を行って含リンポリアニリンを得る工程、および
該含リンポリアニリンからバインダーを形成する工程
を包含し、ここで、
は置換もしくは非置換アニリンモノマー残基であって、
各Aは各々独立してn個の置換基Rを有し、
R、nおよびkは上記項10中の定義と同じである、
方法。
(Item 14)
The method for producing the binder according to the above item 10 or 11, wherein the binder is produced.
The following general formula (2):
− (A 2 ) k − (2)
A step of obtaining a phosphorus-containing polyaniline by performing a phosphorification reaction on the polyaniline compound represented by the above, and a step of forming a binder from the phosphorus-containing polyaniline are included.
A 2 is a substituted or unsubstituted aniline monomer residue,
Each A 2 independently has n substituents R.
R, n and k are the same as the definitions in Section 10 above.
Method.

本発明によればポリアニリンホスホン酸を含む触媒を用いることにより、従来の白金等の触媒を使用せず安価で容易に触媒活性能を備えた正極触媒を提供することができる。 According to the present invention, by using a catalyst containing polyaniline phosphonic acid, it is possible to provide a positive electrode catalyst having catalytic activity easily at low cost without using a conventional catalyst such as platinum.

本発明によれば、再結晶などの工程を必要とせず、簡便な製造方法、例えば、焼成する工程のみからなる製造方法、あるいは、金属またはビピリジル溶液を混合して焼成する工程からなる製造方法で製造できる触媒が提供される。 According to the present invention, a simple manufacturing method that does not require a step such as recrystallization, for example, a manufacturing method consisting only of a firing step, or a manufacturing method consisting of a step of mixing a metal or bipyridyl solution and firing. A catalyst that can be manufactured is provided.

また、本発明によればポリアニリンホスホン酸を含むバインダーを用いることにより、ハロゲンを含まないバインダーとすることができる。またこのバインダーは、プロトン伝導性に加えて、電気伝導性を有するものであり、バインダーに包まれて電極から孤立する触媒が生じて触媒利用率の低下を招くという現象を防ぐことができる。 Further, according to the present invention, by using a binder containing polyaniline phosphonic acid, a halogen-free binder can be obtained. Further, this binder has electrical conductivity in addition to proton conductivity, and it is possible to prevent a phenomenon in which a catalyst that is wrapped in the binder and isolated from the electrode is generated and the catalyst utilization rate is lowered.

図1は、実施例1でPMAP/ピリジンをバインダーに用いた白金担持炭素の酸素還元活性の測定結果および比較例1でナフィオンをバインダーに用いた白金担持炭素の酸素還元活性の測定結果である。FIG. 1 shows the measurement results of the oxygen reduction activity of platinum-supported carbon using PMAP / pyridine as a binder in Example 1 and the measurement results of the oxygen reduction activity of platinum-supported carbon using Nafion as a binder in Comparative Example 1. 図2は、実施例2で合成したPMAP焼成体(PMAP700、PMAP800、PMAP900)の酸素還元活性の測定結果である。FIG. 2 shows the measurement results of the oxygen reduction activity of the PMAP fired product (PMAP700, PMAP800, PMAP900) synthesized in Example 2. 図3は、実施例3で合成したPMAP/4,4’−ビピリジル焼成体(PMAP/bpy/DMF/900)の酸素還元活性の測定結果である。FIG. 3 shows the measurement results of the oxygen reduction activity of the PMAP / 4,4'-bipyridyl calcined product (PMAP / bpy / DMF / 900) synthesized in Example 3. 図4は、比較例2で合成したPANI焼成体(PANI/HO/900)の酸素還元活性の測定結果である。FIG. 4 shows the measurement results of the oxygen reduction activity of the PANI calcined product (PANI / H 2 O / 900) synthesized in Comparative Example 2. 図5は、実施例4で合成したPMAP/FeCl焼成体(PMAP/FeCl/900)およびPMAP焼成体(PMAP/900)の酸素還元反応活性の測定結果(酸素還元反応活性評価)である。Figure 5 is a PMAP / FeCl 3 sintered body synthesized in Example 4 (PMAP / FeCl 3/900 ) and PMAP fired body (PMAP / 900) oxygen reduction reaction activity of the measurement results of (oxygen reduction reaction activity evaluation) .. 図6は、実施例5で合成したPANI−PDE/FeCl焼成体(PANI−PDE/FeCl/900)およびPANI−PDE焼成体(PANI−PDE/900)の酸素還元活性の測定結果(酸素還元反応活性評価)である。6, Example 5 PANI-PDE / FeCl 3 sintered body synthesized in (PANI-PDE / FeCl 3/ 900) and PANI-PDE fired body (PANI-PDE / 900) oxygen reduction activity of the measurement results of (oxygen Reduction reaction activity evaluation). 図7は、実施例6で合成したPANI−PA/FeCl焼成体(PANI−PA/FeCl/900)およびPANI−PA焼成体(PANI−PA/900)の酸素還元活性の測定結果(酸素還元反応活性評価)である。7, PANI-PA / FeCl 3 sintered body synthesized in Example 6 (PANI-PA / FeCl 3 /900) and PANI-PA fired body (PANI-PA / 900) oxygen reduction activity of the measurement results of (oxygen Reduction reaction activity evaluation). 図8は、実施例7で合成したPMAP/FeCl焼成体の酸浸漬・再焼成処理した焼成体について酸素還元反応の活性評価を行った結果である。FIG. 8 shows the results of evaluating the activity of the oxygen reduction reaction of the calcined product of the PMAP / FeCl 3 calcined product synthesized in Example 7 that had been acid-immersed and refired.

以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

[ポリアニリンを含む触媒およびバインダーを用いた燃料電池]
本発明の燃料電池用触媒は、例えば、ポリアニリンを焼成して、炭化させることにより得られるものであり、優れた酸素還元反応活性を示す。
[Fuel cell using catalyst and binder containing polyaniline]
The catalyst for a fuel cell of the present invention is obtained by, for example, calcining and carbonizing polyaniline, and exhibits excellent oxygen reduction reaction activity.

本明細書中において「燃料電池」とは、固体高分子型燃料電池(PEFC)を意味する。PEFCの出力を向上させるためには、負極において、電解質膜、電極触媒、及び燃料(負極活物質)の三相界面、正極においては、電解質膜、電極触媒、及び酸素(正極活物質)の三相界面の面積を広くし、効率よく化学反応させる必要がある。 As used herein, the term "fuel cell" means a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). In order to improve the output of PEFC, in the negative electrode, the three-phase interface of the electrolyte film, the electrode catalyst, and the fuel (negative electrode active material), and in the positive electrode, the electrolyte film, the electrode catalyst, and oxygen (positive electrode active material). It is necessary to widen the area of the phase interface and carry out a chemical reaction efficiently.

このような要求に対し、本発明に用いるポリアニリンは含リン官能基を含み、アニリン骨格を有しているため、従来の電極触媒として使用される黒鉛と比べて官能基による結合距離が伸びるので、表面積が増大し、その分、酸素供給の効率が上がり触媒活性能を向上することができると考えられる。 In response to such a requirement, the polyaniline used in the present invention contains a phosphorus-containing functional group and has an aniline skeleton, so that the bonding distance due to the functional group is longer than that of graphite used as a conventional electrode catalyst. It is considered that the surface area is increased, the efficiency of oxygen supply is increased, and the catalytic activity can be improved accordingly.

さらに、本発明に用いるポリアニリンにビピリジン化合物を加えることにより下記一般式(1h): Further, by adding a bipyridine compound to the polyaniline used in the present invention, the following general formula (1h):

で表される化合物同士が架橋した網目構造が形成され、表面積がより増大し、酸素供給の効率が上がると考えられ、そのことにより優れた触媒活性を示すと考えられる。 It is considered that a network structure in which the compounds represented by are crosslinked with each other is formed, the surface area is further increased, and the efficiency of oxygen supply is increased, thereby exhibiting excellent catalytic activity.

また、本発明のバインダーは使用するポリアニリンが高いプロトン伝導性を示すのに加えて、導電性(電気伝導性)も持ち合わせているので燃料電池用バインダーとして好適に使用できる。この点は、現在燃料電池用バインダーとして広く使用されているナフィオンに導電性がなく、電気的に孤立した触媒粒子を生じる可能性があることと対照的であり、ナフィオンよりも有利な点である。 Further, the binder of the present invention can be suitably used as a binder for a fuel cell because the polyaniline used exhibits high proton conductivity and also has conductivity (electrical conductivity). This is in contrast to Nafion, which is currently widely used as a binder for fuel cells, because it is not conductive and can produce electrically isolated catalyst particles, which is an advantage over Nafion. ..

尚、本発明のポリアニリンから構成されることを特徴とする触媒及びバインダーを用いた燃料電池は以下の条件でその調製を行うと好適である。 The fuel cell using the catalyst and the binder, which is characterized by being composed of the polyaniline of the present invention, is preferably prepared under the following conditions.

(ポリアニリン)
本発明に使用されるポリアニリンは、下記一般式(1)で表される化合物である。
(Polyaniline)
The polyaniline used in the present invention is a compound represented by the following general formula (1).

−(A− (1)
で表されるポリアニリンを含み、ここで、
は各々独立して置換もしくは非置換のアニリンモノマー残基であり、
は各々独立してm個のホスホン酸残基Rとn個の置換基Rとを有する。
-(A 1 ) k- (1)
Contains polyaniline represented by, where
A 1 is an independently substituted or unsubstituted aniline monomer residue.
Each A 1 independently has m phosphonic acid residues R p and n substituents R.

ホスホン酸残基Rは、以下の式で表される。 The phosphonic acid residue R p is represented by the following formula.

一般式(1a)中、R、M、M、m、n、kは上記と同じである。 In the general formula (1a), R, M 1 , M 2 , m, n, and k are the same as above.

ホスホン酸残基中のMおよびMは、水素原子、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択されることが好ましい。但し、MおよびMのうち少なくとも1つが水素原子であることが好ましい。 M 1 and M 2 in the phosphonic acid residue are preferably selected from hydrogen atoms, alkali metals and alkaline earth metals. However, it is preferable that at least one of M 1 and M 2 is a hydrogen atom.

ポリアニリンを触媒に用いる場合は必ずしもポリアニリンに高い導電性がある必要はなく、そのため、ホスホン酸残基に水素が存在することは必ずしも必要ではない。ポリアニリンをバインダーに用いる場合はポリアニリンに高い導電性があることが必要であるので、ホスホン酸残基が多く水素を有することが好ましい。 When polyaniline is used as a catalyst, the polyaniline does not necessarily have to have high conductivity, and therefore the presence of hydrogen at the phosphonic acid residue is not always necessary. When polyaniline is used as a binder, it is necessary that the polyaniline has high conductivity, and therefore it is preferable that the polyaniline has a large amount of phosphonic acid residues and has hydrogen.

本明細書において「アルカリ金属」は、周期律表の第1族に属する任意の原子をいう。アルカリ金属の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムなどが挙げられる。 As used herein, the term "alkali metal" refers to any atom belonging to Group 1 of the Periodic Table. Specific examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and the like.

本明細書において「アルカリ土類金属」とは、周期律表の第2族に属する任意の原子をいう。アルカリ土類金属の具体例としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムなどが挙げられる。 As used herein, the term "alkaline earth metal" refers to any atom belonging to Group 2 of the periodic table. Specific examples of alkaline earth metals include beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium.

上記置換基Rは、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、カルボキシル基、カルボン酸アルキルエステル基、ニトロ基およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも1種である。これらのうち、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基などの電子供与性基が好ましく、アルキル基、アルコキシ基が特に好ましい。 The substituent R is at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group, an aralkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an alkylamino group, a carboxyl group, a carboxylic acid alkyl ester group, a nitro group and a cyano group. is there. Of these, electron-donating groups such as alkyl groups, alkoxy groups, alkylthio groups, and alkylamino groups are preferable, and alkyl groups and alkoxy groups are particularly preferable.

ハロゲン原子の具体例としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子およびヨウ素原子が挙げられ、塩素原子、臭素原子が好ましい。 Specific examples of the halogen atom include a chlorine atom, a fluorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and a chlorine atom and a bromine atom are preferable.

なお、本明細書において「アルキル」とは、鎖状または環状の脂肪族炭化水素(アルカン)から水素原子が一つ失われて生ずる1価の基をいう。鎖状の場合は、一般にC2j+1−で表される(ここで、jは正の整数である)。鎖状のアルキルは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルキルは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルキルの炭素数は、任意の自然数であり得る。アルキルの炭素数は、1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。さらに別の実施形態では、1〜10であり、さらにまた別の実施形態では、1〜5である。 In addition, in this specification, "alkyl" means a monovalent group generated by the loss of one hydrogen atom from a chain or cyclic aliphatic hydrocarbon (alkane). In the case of a chain, it is generally represented by C j H 2j + 1 − (where j is a positive integer). The chain alkyl can be straight or branched. The cyclic alkyl may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkyl can be any natural number. The alkyl has 1 to 30 carbon atoms in one embodiment and 1 to 20 in another embodiment. In yet another embodiment, it is 1-10, and in yet another embodiment, it is 1-5.

特に、上記置換基Rにおけるアルキル基については、アルキル基の炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例として、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、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基およびペンタデシル基などが挙げられる。 In particular, regarding the alkyl group in the substituent R, the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 to 15, more preferably 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group and pentadecyl group. Can be mentioned.

本明細書において、「アラルキル基」とは、アルキル基の水素原子の一部がアリール基で置換された構造を指す。 As used herein, the term "aralkyl group" refers to a structure in which a part of hydrogen atoms of an alkyl group is substituted with an aryl group.

本明細書において「アリール基」とは、芳香族炭化水素の環に結合する水素原子が1個離脱して生ずる基をいう。アリール基を構成する芳香族炭化水素の環の数は、1つであってもよく、2つ以上であっても良い。好ましくは、1〜3である。分子内芳香族炭化水素の環が複数存在する場合、それらの複数の環は縮合していてもよく、縮合していなくてもよい。具体的には、例えば、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ビフェニリルなどである。 As used herein, the term "aryl group" refers to a group formed by the detachment of one hydrogen atom bonded to the ring of an aromatic hydrocarbon. The number of rings of the aromatic hydrocarbon constituting the aryl group may be one or two or more. It is preferably 1 to 3. When there are a plurality of rings of intramolecular aromatic hydrocarbons, the plurality of rings may or may not be condensed. Specifically, for example, phenyl, naphthyl, anthracenyl, biphenylyl and the like.

特に、上記一般式(1)のRにおけるアラルキル基を構成するアルキル基は、直鎖であっても良く、分岐状であっても良く、炭素数が1〜10であることが好ましく、炭素数が1〜5であることが更に好ましい。アラルキル基を構成するアリール基は、置換基を有していてよい1〜4個のベンゼン環を備えるアリール基が好ましく、例えば、1または2以上の置換基を有しいてよいフェニル基、ビフェニル基、テルフェニル(ターフェニル)基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基およびフルオレニル基などが挙げられ、フェニル基、ビフェニル基およびナフチル基が更に好ましい。置換基としては、例えば、炭素数1〜3のアルキル基、フェニル基、炭素数7〜21のフェニルアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、ハロゲン原子、ホルミル基、アシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基およびスルホン基などが挙げられる。 In particular, the alkyl group constituting the aralkyl group in R of the general formula (1) may be linear or branched, and preferably has 1 to 10 carbon atoms, and preferably has 1 to 10 carbon atoms. Is more preferably 1 to 5. The aryl group constituting the aralkyl group is preferably an aryl group having 1 to 4 benzene rings which may have a substituent, for example, a phenyl group or a biphenyl group which may have 1 or 2 or more substituents. , Telphenyl (terphenyl) group, naphthyl group, anthryl group, phenanthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group and the like, and phenyl group, biphenyl group and naphthyl group are more preferable. Examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a phenyl group, a phenylalkyl group having 7 to 21 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a halogen atom, a formyl group, an acyl group and a carboxyl group. Examples thereof include a cyano group, a nitro group and a sulfone group.

アラルキル基の全体の炭素原子数としては7〜34であることが好ましく、7〜15であることが特に好ましい。具体例としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルプロピル基、ナフチルブチル基、ナフチルペンチル基、アンスリルメチル基、アンスリルエチル基、アンスリルプロピル基、アンスリルブチル基、アンスリルペンチル基、ビフェニルメチル基、ビフェニルエチル基、ビフェニルプロピル基、ビフェニルブチル基およびビフェニルペンチル基などが挙げられる。 The total number of carbon atoms of the aralkyl group is preferably 7 to 34, and particularly preferably 7 to 15. Specific examples include a benzyl group, a phenylethyl group, a phenylpropyl group, a phenylbutyl group, a phenylpentyl group, a naphthylmethyl group, a naphthylethyl group, a naphthylpropyl group, a naphthylbutyl group, a naphthylpentyl group, an anthrylmethyl group, and an ann. Examples thereof include a thrill ethyl group, an anthrylpropyl group, an anthrylbutyl group, an anthrylpentyl group, a biphenylmethyl group, a biphenylethyl group, a biphenylpropyl group, a biphenylbutyl group and a biphenylpentyl group.

本明細書において「アルコキシ」とは、上記アルキル基に酸素原子が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合にRO−で表される基をいう。鎖状のアルコキシは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルコキシは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルコキシの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "alkoxy" refers to a group in which an oxygen atom is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by RA −, it means a group represented by RA O −. The chain alkoxy can be straight or branched. The cyclic alkoxy may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkoxy can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

中でも、上記置換基Rにおけるアルコキシ基としては、アルキル基部分が、直鎖であってもよく、分岐状であってもよく、炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基、トリデシルオキシ基、テトラデシルオキシ基およびペンタデシルオキシ基などが挙げられる。 Among them, as the alkoxy group in the substituent R, the alkyl group portion may be linear or branched, and the number of carbon atoms is preferably 1 to 15, preferably 1 to 8. It is more preferably present, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group, nonyloxy group, decyloxy group, undecyloxy group, dodecyloxy group and tridecyl. Examples thereof include an oxy group, a tetradecyloxy group and a pentadecyloxy group.

本明細書において「アルキルチオ」とは、上記アルキル基に硫黄原子が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合にRS−で表される基をいう。鎖状のアルキルチオは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルキルチオは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルキルチオの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "alkylthio" refers to a group in which a sulfur atom is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by R A −, it means a group represented by R A S −. The chain alkylthio can be straight or branched. The cyclic alkylthio may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkylthio can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

上記置換基Rにおけるアルキルチオ基としては、アルキル基部分が、直鎖であってもよく、分岐状であってもよく、炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ウンデシルチオ基、ドデシルチオ基、トリデシルチオ基、テトラデシルチオ基およびペンタデシルチオ基などが挙げられる。 As the alkylthio group in the substituent R, the alkyl group portion may be linear or branched, and the number of carbon atoms is preferably 1 to 15, preferably 1 to 8. Is more preferable, and 1 to 4 is particularly preferable. Specific examples include methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group, pentylthio group, hexylthio group, heptylthio group, octylthio group, nonylthio group, decylthio group, undecylthio group, dodecylthio group, tridecylthio group, tetradecylthio group and penta. Examples include a decylthio group.

本明細書において「アルキルアミノ」とは、上記アルキル基にアミノ基が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合にRNH−で表される基をいう。鎖状のアルキルアミノは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルキルアミノは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルキルアミノの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "alkylamino" refers to a group in which an amino group is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by RA −, it refers to a group represented by RA NH −. The chain alkylamino can be straight or branched. The cyclic alkylamino may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkylamino can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

上記置換基Rにおけるアルキルアミノ基としては、アルキル基部分が、直鎖であってもよく、分岐状であってもよく、炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、ヘプチルアミノ基、オクチルアミノ基、ノニルアミノ基、デシルアミノ基、ウンデシルアミノ基、ドデシルアミノ基、トリデシルアミノ基、テトラデシルアミノ基およびペンタデシルアミノ基などが挙げられる。 As the alkylamino group in the substituent R, the alkyl group portion may be linear or branched, and the number of carbon atoms is preferably 1 to 15, preferably 1 to 8. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is 1 to 4. Specific examples include methylamino group, ethylamino group, propylamino group, butylamino group, pentylamino group, hexylamino group, heptylamino group, octylamino group, nonylamino group, decylamino group, undecylamino group and dodecylamino group. Examples include groups, tridecylamino groups, tetradecylamino groups and pentadecylamino groups.

本明細書において「カルボン酸アルキルエステル」とは、上記アルキル基にカルボン酸基が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合に−COORで表される基をいう。鎖状のカルボン酸アルキルエステルは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のカルボン酸アルキルエステルは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。カルボン酸アルキルエステルの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "carboxylic acid alkyl ester" refers to a group in which a carboxylic acid group is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by RA −, it means a group represented by −COOR A. The chain carboxylic acid alkyl ester can be straight or branched. The cyclic carboxylic acid alkyl ester may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The carbon number of the carboxylic acid alkyl ester can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

上記置換基Rにおけるカルボン酸アルキルエステル基は、そのカルボン酸の炭素原子が一般式(1)のベンゼン環に結合する。すなわち、ベンゼン環をPhと記載すると、Ph−C(=O)−ORの構造となる。このカルボン酸アルキルエステル基としては、アルキル基の炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、カルボン酸メチル基、カルボン酸エチル基、カルボン酸プロピル基、カルボン酸ブチル基、カルボン酸ペンチル基、カルボン酸ヘキシル基、カルボン酸ヘプチル基、カルボン酸オクチル基、カルボン酸ノニル基、カルボン酸デシル基、カルボン酸ウンデシル基、カルボン酸ドデシル基、カルボン酸トリデシル基、カルボン酸テトラデシル基およびカルボン酸ペンタデシル基などが挙げられる。 In the carboxylic acid alkyl ester group in the substituent R, the carbon atom of the carboxylic acid is bonded to the benzene ring of the general formula (1). That is, when the benzene ring is described as Ph, it has a structure of Ph-C (= O) -OR A. As the carboxylic acid alkyl ester group, the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 to 15, more preferably 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methyl carboxylic acid group, ethyl carboxylic acid group, propyl carboxylic acid group, butyl carboxylic acid group, pentyl carboxylic acid group, hexyl carboxylic acid group, heptyl carboxylic acid group, octyl carboxylic acid group, and nonyl carboxylic acid group. Examples thereof include a decyl carboxylate group, an undecyl carboxylate group, a dodecyl carboxylate group, a tridecyl carboxylate group, a tetradecyl carboxylate group and a pentadecyl carboxylate group.

上記一般式(1)のホスホン酸残基の数mは1〜4の整数であり、すなわち、1、2、3または4であり、好ましくは1〜3の整数であり、より好ましくは1〜2の整数である。置換基Rの数nは0〜3の整数であり、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0〜1の整数である。kは4〜3000の整数であり、好ましくは6〜2000の整数であり、より好ましくは8〜1200の整数である。 The number m of phosphonic acid residues in the general formula (1) is an integer of 1 to 4, that is, 1, 2, 3 or 4, preferably an integer of 1 to 3, and more preferably 1 to 1. It is an integer of 2. The number n of the substituent R is an integer of 0 to 3, preferably an integer of 0 to 2, and more preferably an integer of 0 to 1. k is an integer of 4 to 3000, preferably an integer of 6 to 2000, and more preferably an integer of 8 to 1200.

一般式(1)のポリアニリンにおいて隣接するアニリンモノマー残基どうしは、パラ位置で結合している。すなわち、第1のアニリンモノマー残基に第2のアニリンモノマー残基が結合し、そして第2のアニリンモノマー残基に第3のアニリンモノマー残基が結合している場合、第1のアニリンモノマー残基と第3のアニリンモノマー残基は、第2のアニリンモノマー残基中のベンゼン環においてパラの位置関係にある。 In the polyaniline of the general formula (1), adjacent aniline monomer residues are bonded at a para position. That is, when the second aniline monomer residue is bound to the first aniline monomer residue and the third aniline monomer residue is bound to the second aniline monomer residue, the first aniline monomer residue is left. The group and the third aniline monomer residue are in a para-positional relationship on the benzene ring in the second aniline monomer residue.

具体的には、上記一般式(1)は、例えば、以下の一般式(1a)で記載され得る。 Specifically, the general formula (1) can be described by, for example, the following general formula (1a).

ただし、ポリアニリンについては、その骨格構造が上記一般式(1a)のような構造に限定されないことが知られている。そのため、本明細書中のポリアニリンの骨格構造は、一般式(1a)の基本構造に限定されるものではない。 However, it is known that the skeletal structure of polyaniline is not limited to the structure as described in the general formula (1a). Therefore, the skeletal structure of polyaniline in the present specification is not limited to the basic structure of the general formula (1a).

具体的には、一般的に、ポリアニリンは下記一般式(1b)の還元型単位のフェニレンジアミン骨格の繰り返し単位および Specifically, in general, polyaniline is a repeating unit of the phenylenediamine skeleton of the reduced unit of the following general formula (1b) and

下記一般式(1c)の酸化型単位のキノンジイミン骨格の繰り返し単位の2種類の骨格をとることが知られている。 It is known to take two types of skeletons, which are repeating units of the quinonediimine skeleton of the oxidized unit of the following general formula (1c).

したがって、本明細書中のポリアニリン中のアニリン残基は、上記一般式(1b)または(1c)に示されるような骨格構造を有するものでもあり得る。 Therefore, the aniline residue in the polyaniline in the present specification may also have a skeletal structure as represented by the above general formula (1b) or (1c).

そして、本明細書中のポリアニリンは、下記一般式(1d): The polyaniline in the present specification is the following general formula (1d):

の繰り返し単位を有する構造を有するものであり得る。 It may have a structure having a repeating unit of.

一般式(1d)中、Rは上記定義と同じであり、M1aは上記Mと同じであり、M2aは上記Mと同じであり、M1bは上記Mと同じであり、M2bは上記Mと同じである。mおよびmは上記mと同じであり、nおよびnは上記nと同じである。 In the general formula (1d), R is the same as the above definition, M 1a is the same as the above M 1 , M 2a is the same as the above M 2 , M 1 b is the same as the above M 1, and M 2b is the same as M 2 above. m 1 and m 2 are the same as m above, and n 1 and n 2 are the same as n above.

また、国際公開WO2014/167818には、以下の4種類のポリアニリンが説明されている。 In addition, the following four types of polyaniline are described in the international publication WO2014 / 167818.

本発明のポリアニリンも、これらの構造を取ることが可能である。 The polyaniline of the present invention can also have these structures.

また、本発明のポリアニリンは、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の繰り返し単位または成分を含んでいてもよい。例えば、下記一般式(1e): In addition, the polyaniline of the present invention may contain other repeating units or components as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, the following general formula (1e):

(式中、Rは上記定義と同じであり、M1cおよびM2cは各々独立して、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびアンモニウム基、ピリジニウム基よりなる群から選ばれた少なくとも1つである。mは0〜4の整数であり、nは0〜4の整数である。但し、mとnの和は4以下である。)
で表される繰り返し単位などを含むことができる。
(In the formula, R is the same as the above definition, and M 1c and M 2c are independently composed of an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkali metal, an alkaline earth metal, and an ammonium group and a pyridinium group. M 3 is an integer from 0 to 4, n 3 is an integer from 0 to 4. However, the sum of m 3 and n 3 is 4 or less.)
It can include a repeating unit represented by.

なお、ポリアニリンの構造を一般式で記載する場合、その両末端を省略することが一般的であるので、本明細書においても、原則として、ポリアニリンの構造を記載する際には両末端は省略する。しかしながら、例えば、上記一般式(1)に敢えて両末端基を記載すれば、以下の一般式(1f)となる。 When the structure of polyaniline is described by a general formula, both ends are generally omitted. Therefore, in the present specification as well, as a general rule, both ends are omitted when describing the structure of polyaniline. .. However, for example, if both end groups are intentionally described in the above general formula (1), the following general formula (1f) is obtained.

−(A−E (1f)
ここで、EおよびEはそれぞれ末端基である。通常は、一方が重合開始末端であって他方が重合終了末端である。
E 1- (A 1 ) k- E 2 (1f)
Here, E 1 and E 2 are terminal groups, respectively. Usually, one is the polymerization initiation terminal and the other is the polymerization termination terminal.

ポリアニリンの末端の構造は、完全には解明されていない。アニリンモノマーの化学構造から単純に予想されるように、アニリンモノマーのアミン部分が別のアニリンモノマーのパラ位に結合するという反応が起こる場合であれば、ポリアニリンの一方の末端のアニリンモノマー残基においては、パラ位の水素がそのまま残存して末端を形成し、他方の末端のアニリンモノマー残基においては、アミノ基がそのまま残存して末端を形成すると考えられる。この場合、上記式(1)に敢えて両末端の水素(一方の末端のパラ位の水素および他方の末端のアミノ基の水素)を記載すると、以下の一般式(1g)で表される。 The terminal structure of polyaniline has not been completely elucidated. If the reaction occurs in which the amine moiety of the aniline monomer binds to the para position of another aniline monomer, as simply expected from the chemical structure of the aniline monomer, then at the aniline monomer residue at one end of the polyaniline It is considered that the hydrogen at the para position remains as it is to form a terminal, and at the aniline monomer residue at the other end, the amino group remains as it is to form a terminal. In this case, if hydrogen at both ends (hydrogen at the para position at one end and hydrogen at the amino group at the other end) is intentionally described in the above formula (1), it is represented by the following general formula (1 g).

[H−(A−H] (1g)
他方、例えば、国際公開WO2014/167818には、アニリンの重合の初期段階においてフェナジン環構造を有するアニリンオリゴマーが生成し、そのオリゴマー残基がポリマーの重合開始側末端となることが説明されている。しかし、このように繰り返し単位におけるモノマー残基の構造と異なる構造が末端に存在する場合においても、そのポリアニリンの末端基の種類がポリアニリンの性能に与える影響は小さいので、末端基の構造は無視することができる。
[H- (A 1 ) k- H] (1 g)
On the other hand, for example, WO2014 / 167818 explains that an aniline oligomer having a phenazine ring structure is produced in the initial stage of polymerization of aniline, and the oligomer residue becomes the polymerization initiation side end of the polymer. However, even when a structure different from the structure of the monomer residue in the repeating unit exists at the terminal in this way, the type of the terminal group of the polyaniline has a small effect on the performance of the polyaniline, so the structure of the terminal group is ignored. be able to.

ポリアニリン中のモノマー残基(上記一般式(1)中の「A」、一般式(2)中の「A」)は、すべて同一であっても良く、複数種類であっても良い。すなわち、ホモポリマーであっても良く、コポリマーであっても良い。コポリマーであることが好ましい。また、コポリマーはブロックコポリマーであっても良く、ランダムコポリマーであっても良い。ランダムコポリマーにおいては、複数種類のモノマー残基が無秩序に並ぶ。なお、上述した国際公開WO2014/167818などに記載されているとおり、アニリンモノマーを酸化重合して得られるポリアニリンは、一定の規則的な繰り返し単位を有する構造となることが知られている。本発明の製造方法においても、そのような規則性を有するポリアニリンが生成され得ると考えられるものであり、そのような規則性を有するポリアニリンを本発明の製造方法の目的とするポリマーとして使用することができる。 Monomer residues in the polyaniline ( "A 1" in the above general formula (1), the general formula (2) in the "A 2"), all may be the same or may be a plurality of types. That is, it may be a homopolymer or a copolymer. It is preferably a copolymer. Further, the copolymer may be a block copolymer or a random copolymer. In a random copolymer, multiple types of monomer residues are arranged in a disorderly manner. As described in the above-mentioned International Publication WO2014 / 167818, polyaniline obtained by oxidatively polymerizing an aniline monomer is known to have a structure having a certain regular repeating unit. It is considered that polyaniline having such regularity can be produced also in the production method of the present invention, and the polyaniline having such regularity is used as the polymer intended for the production method of the present invention. Can be done.

ポリアニリンが、少なくともホスホン酸基(−PO)またはホスホン酸一水素塩基(−POHM、ここでMは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選択される)を有するモノマー残基を含む場合、ホスホン酸基またはホスホン酸一水素塩基は、その水素原子により、ポリアニリン主鎖の窒素に対してドーピングすることが可能である。 Polyaniline is a group consisting of at least a phosphonic acid group (-PO 3 H 2 ) or a phosphonate monohydrogen base (-PO 3 HM 8 , where M 8 is an alkali metal, an alkaline earth metal, an ammonium group, and a pyridinium group. A phosphonate group or a phosphonate monohydrogen base can be doped against the nitrogen of the polyaniline main chain by its hydrogen atom if it contains a monomer residue having (selected from).

なお、本明細書中においてホスホン酸一水素塩基とは、ホスホン酸一水素塩の構造を有する基を意味する。すなわち、ホスホン酸基の2つの水素のうち、1つの水素のみが金属原子等で置換されて塩となり、他方の水素がそのまま残っている基をいう。 In addition, in this specification, a phosphonate monohydrogen base means a group having a structure of a phosphonate monohydrogen salt. That is, of the two hydrogens of the phosphonic acid group, only one hydrogen is substituted with a metal atom or the like to form a salt, and the other hydrogen remains as it is.

本発明に用いるポリアニリンは、好ましくは、自己ドーピング性を有する導電性ポリアニリンである。 The polyaniline used in the present invention is preferably a conductive polyaniline having self-doping property.

本発明に用いるポリアニリンにおいては、ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を適宜設計することができる。すなわち、触媒またはバインダーに必要とされる物性等を考慮して、所望の量を導入することができる。ポリアニリン中に存在するアニリンモノマー残基の数を100%として、例えば、導入率を10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または95%以上にできるように調整することが可能である。また、導入率を低めに抑制することが好ましい場合には、例えば、導入率を95%以下、90%以下、85%以下、75%以下、または70%以下にできるように調整することが可能である。 In the polyaniline used in the present invention, the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound can be appropriately designed. That is, a desired amount can be introduced in consideration of the physical characteristics required for the catalyst or the binder. Assuming that the number of aniline monomer residues present in polyaniline is 100%, for example, the introduction rate is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80. It can be adjusted to be% or more, 90% or more, or 95% or more. When it is preferable to suppress the introduction rate to a low level, for example, the introduction rate can be adjusted to be 95% or less, 90% or less, 85% or less, 75% or less, or 70% or less. Is.

ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を多くすれば、ホスホン酸残基の導入効果を高くすることができる。例えば、導電性の付与効果を高くすることができる。ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を調整する手段としては、ポリアニリンを合成する際の反応原料の組成、例えばホスファイトの量、ホスホン化剤の量などを調整することが好ましい。また、反応条件、例えば、反応温度や反応時間を調整することによって、ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を調整しても良い。 By increasing the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound, the effect of introducing the phosphonic acid residue can be enhanced. For example, the effect of imparting conductivity can be enhanced. As a means for adjusting the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound, it is preferable to adjust the composition of the reaction raw material when synthesizing the polyaniline, for example, the amount of phosphite, the amount of the phospholating agent, and the like. Further, the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound may be adjusted by adjusting the reaction conditions, for example, the reaction temperature and the reaction time.

本発明に用いるポリアニリンは、従来公知の方法で製造しても良い。例えば、国際公開WO2014/167818に記載されている方法などで製造することができる。 The polyaniline used in the present invention may be produced by a conventionally known method. For example, it can be produced by the method described in International Publication WO2014 / 167818.

また、本発明に用いるポリアニリンは、従来公知の方法とは異なる方法で製造しても良い。 Further, the polyaniline used in the present invention may be produced by a method different from the conventionally known method.

[含リンポリアニリンの新規製造方法]
本発明の製造方法においては、ポリアニリン化合物またはポリアニリン化合物を含むポリアニリン混合物をホスホン化することにより、含リンポリアニリンが製造される。
[New production method of phosphorus-containing polyaniline]
In the production method of the present invention, a polyaniline compound or a polyaniline mixture containing a polyaniline compound is phosphonized to produce a phosphorus-containing polyaniline.

(ポリアニリン化合物)
本明細書において、含リンポリアニリンの新規製造方法に関して「ポリアニリン化合物」とは、含リンポリアニリンを得るためのホスホン化反応を行うことができるポリアニリンを意味する。具体的には無置換のポリアニリンまたは置換ポリアニリンである。置換ポリアニリンは、そのベンゼン環およびアミノ基残基の窒素のうちの少なくとも1つに置換基を有するものをいう。ベンゼン環においては、アミノ基残基の窒素を1位として、2位、3位、5位および6位(すなわち、オルト位またはメタ位)のうちの1つから4つに置換基が存在することができる。
(Polyaniline compound)
As used herein, the term "polyaniline compound" as used in a novel method for producing a phosphorus-containing polyaniline means a polyaniline capable of undergoing a phosphorification reaction to obtain a phosphorus-containing polyaniline. Specifically, it is an unsubstituted polyaniline or a substituted polyaniline. Substituent polyaniline refers to a polyaniline having a substituent at least one of its benzene ring and nitrogen of an amino group residue. In the benzene ring, the nitrogen of the amino group residue is at the 1-position, and substituents are present at 1 to 4 of the 2-position, 3-position, 5-position and 6-position (that is, the ortho-position or the meta-position). be able to.

本明細書において「ポリアニリン混合物」とは、2種類以上のポリアニリン化合物が混合された混合物をいう。 As used herein, the term "polyaniline mixture" refers to a mixture of two or more types of polyaniline compounds.

アニリンモノマー化合物またはアニリンモノマー混合物を重合することにより、ポリアニリンが得られる。重合方法としては、アニリンモノマーからポリアニリンを得る重合方法として従来公知の任意の方法を採用することができる。 Polyaniline is obtained by polymerizing an aniline monomer compound or a mixture of aniline monomers. As the polymerization method, any conventionally known method as a polymerization method for obtaining polyaniline from an aniline monomer can be adopted.

本明細書において、「アニリンモノマー」または「アニリンモノマー化合物」とは、アニリンからポリアニリンを得る重合反応を行うことができるモノマーを意味する。具体的には、無置換のアニリン(CNH)または置換アニリンあるいはそれらの塩である。置換アニリンは、そのベンゼン環およびアミノ基のうちの少なくとも1に置換基を有するものをいう。ベンゼン環においては、アミノ基を1位として、2位、3位、5位および6位(すなわち、オルト位またはメタ位)のうちの1つ〜4つに置換基が存在することができる。ただし、4位(パラ位)に置換基を有する置換アニリンは重合できないので、4位(パラ位)置換アニリンはアニリンモノマーに含まない。無置換もしくは置換アニリンの塩は、アミノ基の部分が塩になったものであって、その塩の部分が重合反応に支障をもたらさないものをいう。無置換もしくは置換アニリンの塩の例としては、例えば、アンモニウム塩が挙げられる。 As used herein, the term "aniline monomer" or "aniline monomer compound" means a monomer capable of carrying out a polymerization reaction for obtaining polyaniline from aniline. Specifically, it is an unsubstituted aniline (C 6 H 5 NH 2 ) or a substituted aniline or a salt thereof. Substituent aniline refers to one having a substituent at at least one of its benzene ring and amino group. In the benzene ring, the amino group is at the 1-position, and substituents can be present at 1 to 4 of the 2-position, 3-position, 5-position and 6-position (that is, the ortho-position or the meta-position). However, since substituted aniline having a substituent at the 4-position (para-position) cannot be polymerized, the 4-position (para-position) substituted aniline is not included in the aniline monomer. A salt of an unsubstituted or substituted aniline is a salt in which the amino group portion is a salt, and the salt portion does not interfere with the polymerization reaction. Examples of salts of unsubstituted or substituted aniline include ammonium salts.

本明細書において「アニリンモノマー混合物」とは、2種類以上のアニリンモノマー化合物が混合された混合物をいう。 As used herein, the term "aniline monomer mixture" refers to a mixture of two or more types of aniline monomer compounds.

本願発明の製造方法において原料として使用されるポリアニリン化合物は、アミノ基残基の窒素を1位として、1つのアニリンモノマー残基の1位(窒素)と、別のアニリンモノマー残基の4位とが結合した構造を有する。そのため、得られる含リンポリアニリン(導電性ポリアニリンおよび含リンポリアニリンエステル)も1つのアニリンモノマー残基の1位(窒素)と、別のアニリンモノマー残基の4位とが結合した構造を有する。そして得られる含リンポリアニリン(導電性ポリアニリンおよび含リンポリアニリンエステル)は、アミノ基残基の窒素を1位として、2位、3位、5位および6位(すなわち、オルト位またはメタ位)のうちの1つから4つに置換基が存在し得る構造となる。 The polyaniline compound used as a raw material in the production method of the present invention has one aniline monomer residue at the 1st position (nitrogen) and another aniline monomer residue at the 4th position, with the nitrogen of the amino group residue as the 1st position. Has a combined structure. Therefore, the obtained phosphorus-containing polyaniline (conductive polyaniline and phosphorus-containing polyaniline ester) also has a structure in which the 1-position (nitrogen) of one aniline monomer residue and the 4-position of another aniline monomer residue are bonded. The resulting phosphorus-containing polyaniline (conductive polyaniline and phosphorus-containing polyaniline ester) is at the 2-position, 3-position, 5-position and 6-position (that is, the ortho-position or meta-position) with the nitrogen of the amino group residue as the 1-position. The structure is such that substituents can be present in one to four of them.

本明細書において、「含リンポリアニリン」とは、ポリアニリンであって、ホスホン酸残基を有するものをいう。 As used herein, the term "phosphopolyaniline-containing" refers to polyaniline having a phosphonic acid residue.

本明細書において、「含リンポリアニリンエステル」とは、含リンポリアニリンであって、アルキルエステルまたはアラルキルエステルになっているホスホン酸残基を有するものをいう。 As used herein, the term "phosphopolyaniline-containing ester" refers to a phosphopolyaniline-containing ester having a phosphonic acid residue that is an alkyl ester or an aralkyl ester.

本明細書において「残基」とは、反応材料が反応した後に残る基をいう。上記アミノ基残基とは、アニリンを重合した際に、アニリンのアミノ基から水素が脱離して生成したポリマー中に残った部分をいう。また、例えば、非置換アニリンモノマー残基とは、アニリンを重合した際に、1つの非置換アニリンモノマー分子が生成したポリマー中に残った部分、すなわち1つのベンゼン環および1つの窒素原子と水素からなる部分をいう。置換アニリンモノマー残基とは、アニリンを重合した際に、1つの置換アニリンモノマー分子が生成したポリマー中に残った部分、すなわち1つのベンゼン環および1つの窒素原子とを骨格としてさらに水素または置換基を含む部分をいう。なお、本明細書中においては、アニリンモノマー残基をアニリンユニットとも記載する。 As used herein, the term "residue" refers to a group that remains after the reaction material has reacted. The amino group residue refers to a portion remaining in the polymer produced by desorbing hydrogen from the amino group of aniline when aniline is polymerized. Further, for example, the unsubstituted aniline monomer residue is a portion remaining in the polymer produced by one unsubstituted aniline monomer molecule when aniline is polymerized, that is, from one benzene ring, one nitrogen atom and hydrogen. Refers to the part that becomes. The substituted aniline monomer residue is a portion remaining in the polymer produced by one substituted aniline monomer molecule when aniline is polymerized, that is, one benzene ring and one nitrogen atom as a skeleton, and further hydrogen or a substituent. Refers to the part containing. In addition, in this specification, an aniline monomer residue is also referred to as an aniline unit.

本発明の含リンポリアニリンの製造方法において、ホスホン化を行う際に原料となるポリマーとしては、下記一般式(2)で表されるポリアニリン化合物を使用する。 In the method for producing phosphorus-containing polyaniline of the present invention, a polyaniline compound represented by the following general formula (2) is used as a raw material polymer for phosphorification.

−(A− (2)
ここで、Aは置換もしくは非置換アニリン残基であって、各Aは、n個の置換基Rを有する。
− (A 2 ) k − (2)
Here, A 2 is a substituted or unsubstituted aniline residue, and each A 2 has n substituents R.

Rは、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、カルボキシル基、カルボン酸アルキルエステル基、ニトロ基およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも1種である。これらのうち、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基などの電子供与性基が好ましく、アルキル基、アルコキシ基が特に好ましい。 R is at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group, an aralkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an alkylamino group, a carboxyl group, a carboxylic acid alkyl ester group, a nitro group and a cyano group. Of these, electron-donating groups such as halogen atoms, alkyl groups, alkoxy groups, alkylthio groups, and alkylamino groups are preferable, and alkyl groups and alkoxy groups are particularly preferable.

ハロゲン原子の具体例としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子およびヨウ素原子が挙げられ、塩素原子、臭素原子が好ましい。 Specific examples of the halogen atom include a chlorine atom, a fluorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and a chlorine atom and a bromine atom are preferable.

なお、本明細書において「アルキル」とは、鎖状または環状の脂肪族炭化水素(アルカン)から水素原子が一つ失われて生ずる1価の基をいう。鎖状の場合は、一般にC2j+1−で表される(ここで、jは正の整数である)。鎖状のアルキルは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルキルは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルキルの炭素数は、任意の自然数であり得る。アルキルの炭素数は、1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。さらに別の実施形態では、1〜10であり、さらにまた別の実施形態では、1〜5である。 In addition, in this specification, "alkyl" means a monovalent group generated by the loss of one hydrogen atom from a chain or cyclic aliphatic hydrocarbon (alkane). In the case of a chain, it is generally represented by C j H 2j + 1 − (where j is a positive integer). The chain alkyl can be straight or branched. The cyclic alkyl may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkyl can be any natural number. The alkyl has 1 to 30 carbon atoms in one embodiment and 1 to 20 in another embodiment. In yet another embodiment, it is 1-10, and in yet another embodiment, it is 1-5.

特に、上記Rにおけるアルキル基については、アルキル基の炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例として、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、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基およびペンタデシル基などが挙げられる。 In particular, regarding the alkyl group in R, the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 to 15, more preferably 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group and pentadecyl group. Can be mentioned.

本明細書において、「アラルキル基」とは、アルキル基の水素原子の一部がアリール基で置換された構造を指す。 As used herein, the term "aralkyl group" refers to a structure in which a part of hydrogen atoms of an alkyl group is substituted with an aryl group.

本明細書において「アリール基」とは、芳香族炭化水素の環に結合する水素原子が1個離脱して生ずる基をいう。アリール基を構成する芳香族炭化水素の環の数は、1つであってもよく、2つ以上であっても良い。好ましくは、1〜3である。分子内芳香族炭化水素の環が複数存在する場合、それらの複数の環は縮合していてもよく、縮合していなくてもよい。具体的には、例えば、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ビフェニリルなどである。アリール基の炭素数は、6〜30であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜10であることがさらに好ましい。 As used herein, the term "aryl group" refers to a group formed by the detachment of one hydrogen atom bonded to the ring of an aromatic hydrocarbon. The number of rings of the aromatic hydrocarbon constituting the aryl group may be one or two or more. It is preferably 1 to 3. When there are a plurality of rings of intramolecular aromatic hydrocarbons, the plurality of rings may or may not be condensed. Specifically, for example, phenyl, naphthyl, anthracenyl, biphenylyl and the like. The aryl group preferably has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, and even more preferably 6 to 10 carbon atoms.

特に、上記一般式(2)の置換基Rにおけるアラルキル基を構成するアルキル基は、直鎖であっても良く、分岐状であっても良く、炭素数が1〜10であることが好ましく、炭素数が1〜5であることが更に好ましい。アラルキル基を構成するアリール基は、置換基を有していてよい1〜4個のベンゼン環を備えるアリール基が好ましく、例えば、1または2以上の置換基を有しいてよいフェニル基、ビフェニル基、テルフェニル(ターフェニル)基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基およびフルオレニル基などが挙げられ、フェニル基、ビフェニル基およびナフチル基が更に好ましい。置換基としては、例えば、炭素数1〜3のアルキル基、フェニル基、炭素数7〜21のフェニルアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、ハロゲン原子、ホルミル基、アシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基およびスルホン基などが挙げられる。 In particular, the alkyl group constituting the aralkyl group in the substituent R of the general formula (2) may be linear or branched, and preferably has 1 to 10 carbon atoms. It is more preferable that the number of carbon atoms is 1 to 5. The aryl group constituting the aralkyl group is preferably an aryl group having 1 to 4 benzene rings which may have a substituent, for example, a phenyl group or a biphenyl group which may have 1 or 2 or more substituents. , Telphenyl (terphenyl) group, naphthyl group, anthryl group, phenanthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group and the like, and phenyl group, biphenyl group and naphthyl group are more preferable. Examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a phenyl group, a phenylalkyl group having 7 to 21 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a halogen atom, a formyl group, an acyl group and a carboxyl group. Examples thereof include a cyano group, a nitro group and a sulfone group.

アラルキル基の全体の炭素原子数としては7〜34であることが好ましく、7〜15であることが特に好ましい。具体例としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルプロピル基、ナフチルブチル基、ナフチルペンチル基、アンスリルメチル基、アンスリルエチル基、アンスリルプロピル基、アンスリルブチル基、アンスリルペンチル基、ビフェニルメチル基、ビフェニルエチル基、ビフェニルプロピル基、ビフェニルブチル基およびビフェニルペンチル基などが挙げられる。 The total number of carbon atoms of the aralkyl group is preferably 7 to 34, and particularly preferably 7 to 15. Specific examples include a benzyl group, a phenylethyl group, a phenylpropyl group, a phenylbutyl group, a phenylpentyl group, a naphthylmethyl group, a naphthylethyl group, a naphthylpropyl group, a naphthylbutyl group, a naphthylpentyl group, an anthrylmethyl group, and an ann. Examples thereof include a thrill ethyl group, an anthrylpropyl group, an anthrylbutyl group, an anthrylpentyl group, a biphenylmethyl group, a biphenylethyl group, a biphenylpropyl group, a biphenylbutyl group and a biphenylpentyl group.

本明細書において「アルコキシ」とは、上記アルキル基に酸素原子が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合にRO−で表される基をいう。鎖状のアルコキシは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルコキシは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルコキシの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "alkoxy" refers to a group in which an oxygen atom is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by RA −, it means a group represented by RA O −. The chain alkoxy can be straight or branched. The cyclic alkoxy may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkoxy can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

中でも、上記一般式(2)の置換基Rにおけるアルコキシ基としては、アルキル基部分が、直鎖であってもよく、分岐状であってもよく、炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基、トリデシルオキシ基、テトラデシルオキシ基およびペンタデシルオキシ基などが挙げられる。 Among them, as the alkoxy group in the substituent R of the above general formula (2), the alkyl group portion may be linear or branched, and the number of carbon atoms is 1 to 15. It is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 4, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group, nonyloxy group, decyloxy group, undecyloxy group, dodecyloxy group and tridecyl. Examples thereof include an oxy group, a tetradecyloxy group and a pentadecyloxy group.

本明細書において「アルキルチオ」とは、上記アルキル基に硫黄原子が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合にRS−で表される基をいう。鎖状のアルキルチオは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルキルチオは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルキルチオの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "alkylthio" refers to a group in which a sulfur atom is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by R A −, it means a group represented by R A S −. The chain alkylthio can be straight or branched. The cyclic alkylthio may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkylthio can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

上記一般式(2)の置換基Rにおけるアルキルチオ基としては、アルキル基部分が、直鎖であってもよく、分岐状であってもよく、炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ウンデシルチオ基、ドデシルチオ基、トリデシルチオ基、テトラデシルチオ基およびペンタデシルチオ基などが挙げられる。 As the alkylthio group in the substituent R of the general formula (2), the alkyl group portion may be linear or branched, and the number of carbon atoms is preferably 1 to 15. It is more preferably 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group, pentylthio group, hexylthio group, heptylthio group, octylthio group, nonylthio group, decylthio group, undecylthio group, dodecylthio group, tridecylthio group, tetradecylthio group and penta. Examples include a decylthio group.

本明細書において「アルキルアミノ」とは、上記アルキル基にアミノ基が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合にRNH−で表される基をいう。鎖状のアルキルアミノは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のアルキルアミノは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。アルキルアミノの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "alkylamino" refers to a group in which an amino group is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by RA −, it refers to a group represented by RA NH −. The chain alkylamino can be straight or branched. The cyclic alkylamino may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The number of carbon atoms in the alkylamino can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

上記一般式(2)の置換基Rにおけるアルキルアミノ基としては、アルキル基部分が、直鎖であってもよく、分岐状であってもよく、炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、ヘプチルアミノ基、オクチルアミノ基、ノニルアミノ基、デシルアミノ基、ウンデシルアミノ基、ドデシルアミノ基、トリデシルアミノ基、テトラデシルアミノ基およびペンタデシルアミノ基などが挙げられる。 As the alkylamino group in the substituent R of the general formula (2), the alkyl group portion may be linear or branched, and the number of carbon atoms is preferably 1 to 15. , 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methylamino group, ethylamino group, propylamino group, butylamino group, pentylamino group, hexylamino group, heptylamino group, octylamino group, nonylamino group, decylamino group, undecylamino group and dodecylamino group. Examples include groups, tridecylamino groups, tetradecylamino groups and pentadecylamino groups.

本明細書において「カルボン酸アルキルエステル」とは、上記アルキル基にカルボン酸基が結合した基をいう。すなわち、上記アルキル基をR−と表した場合に−COORで表される基をいう。鎖状のカルボン酸アルキルエステルは、直鎖または分枝鎖であり得る。環状のカルボン酸アルキルエステルは、環状構造のみから構成されてもよく、環状構造にさらに鎖状アルキルが結合した構造であってもよい。カルボン酸アルキルエステルの炭素数は、任意の自然数であり得る。1つの実施形態では1〜30であり、別の実施形態では1〜20である。 As used herein, the term "carboxylic acid alkyl ester" refers to a group in which a carboxylic acid group is bonded to the above alkyl group. That is, when the above alkyl group is represented by RA −, it means a group represented by −COOR A. The chain carboxylic acid alkyl ester can be straight or branched. The cyclic carboxylic acid alkyl ester may be composed of only a cyclic structure, or may have a structure in which a chain alkyl is further bonded to the cyclic structure. The carbon number of the carboxylic acid alkyl ester can be any natural number. In one embodiment it is 1-30 and in another embodiment it is 1-20.

上記一般式(2)の置換基Rにおけるカルボン酸アルキルエステル基は、そのカルボン酸の炭素原子が一般式(2)のベンゼン環に結合する。すなわち、ベンゼン環をPhと記載すると、Ph−C(=O)−ORの構造となる。このカルボン酸アルキルエステル基としては、アルキル基の炭素原子数が1〜15であることが好ましく、1〜8であることが更に好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体例としては、カルボン酸メチル基、カルボン酸エチル基、カルボン酸プロピル基、カルボン酸ブチル基、カルボン酸ペンチル基、カルボン酸ヘキシル基、カルボン酸ヘプチル基、カルボン酸オクチル基、カルボン酸ノニル基、カルボン酸デシル基、カルボン酸ウンデシル基、カルボン酸ドデシル基、カルボン酸トリデシル基、カルボン酸テトラデシル基およびカルボン酸ペンタデシル基などが挙げられる。 In the carboxylic acid alkyl ester group in the substituent R of the general formula (2), the carbon atom of the carboxylic acid is bonded to the benzene ring of the general formula (2). That is, when the benzene ring is described as Ph, it has a structure of Ph-C (= O) -OR A. As the carboxylic acid alkyl ester group, the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 to 15, more preferably 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples include methyl carboxylic acid group, ethyl carboxylic acid group, propyl carboxylic acid group, butyl carboxylic acid group, pentyl carboxylic acid group, hexyl carboxylic acid group, heptyl carboxylic acid group, octyl carboxylic acid group, and nonyl carboxylic acid group. Examples thereof include a decyl carboxylate group, an undecyl carboxylate group, a dodecyl carboxylate group, a tridecyl carboxylate group, a tetradecyl carboxylate group and a pentadecyl carboxylate group.

上記一般式(2)中、nは0〜4の整数(すなわち、0、1、2、3または4)であり、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0〜1の整数である。kは4〜3000の整数であり、好ましくは6〜2000の整数であり、より好ましくは8〜1200の整数である。 In the above general formula (2), n is an integer of 0 to 4 (that is, 0, 1, 2, 3 or 4), preferably an integer of 0 to 2, and more preferably an integer of 0 to 1. is there. k is an integer of 4 to 3000, preferably an integer of 6 to 2000, and more preferably an integer of 8 to 1200.

本明細書において「アルカリ金属」は、周期律表の第1族に属する任意の原子をいう。アルカリ金属の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムなどが挙げられる。 As used herein, the term "alkali metal" refers to any atom belonging to Group 1 of the Periodic Table. Specific examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and the like.

本明細書において「アルカリ土類金属」とは、周期律表の第2族に属する任意の原子をいう。アルカリ土類金属の具体例としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムなどが挙げられる。 As used herein, the term "alkaline earth metal" refers to any atom belonging to Group 2 of the periodic table. Specific examples of alkaline earth metals include beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium.

一つの実施形態において、上記一般式(2)中のポリアニリン化合物における置換基Rはハロゲンである。ポリアニリンの置換基にハロゲンが存在すれば、後述する平尾反応を行うことができる。置換基Rとしてハロゲンを有するポリアニリンを使用する場合、置換基としてハロゲンが存在するアニリンモノマー残基の数は、任意に選択することができる。置換基としてハロゲンが存在するアニリンモノマー残基の比率は、ポリアニリン中に存在するアニリンモノマー残基の数を100%として、例えば、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または95%以上から選択することが可能である。あるいは、100%としてもよい。また、何らかの理由により、ハロゲンの含有量を制御することが所望される場合には、ハロゲンが存在するアニリンモノマー残基の数が抑制されるように設計することもできる。そのような場合には、例えば、その比率を95%以下、90%以下、85%以下、または80%以下に設計することが可能である。 In one embodiment, the substituent R in the polyaniline compound in the general formula (2) is a halogen. If halogen is present in the substituent of polyaniline, the Hirao reaction described later can be carried out. When polyaniline having a halogen as a substituent R is used, the number of aniline monomer residues in which halogen is present as a substituent can be arbitrarily selected. The ratio of aniline monomer residues in which halogen is present as a substituent is, for example, 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50, assuming that the number of aniline monomer residues present in polyaniline is 100%. It is possible to select from% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. Alternatively, it may be 100%. Further, if it is desired to control the halogen content for some reason, it can be designed so that the number of aniline monomer residues in which the halogen is present is suppressed. In such a case, for example, the ratio can be designed to be 95% or less, 90% or less, 85% or less, or 80% or less.

(その他のポリマー)
本発明の含リンポリアニリンの製造方法においては、上述した、置換または非置換のポリアニリン化合物をホスホン化の際のポリマーとして使用することが好ましい。しかし、必要に応じて、含リンポリアニリン製造の際の原料となるポリマー混合物には、上記置換または非置換のポリアニリン化合物以外のホスホン化可能なポリマー(以下、「他種ポリマー」)を、本発明の効果を妨げない程度の少量含んでいてもよい。すなわち、ホスホン酸を有さない置換もしくは非置換のポリアニリン化合物を必要に応じて、共重合させても良い。例えば、酸性の置換基を有さない置換もしくは非置換のポリアニリン化合物を少量用いても良いし、ホスホン酸以外の酸性の置換基(例えば、スルホン酸)を有する置換もしくは非置換のポリアニリン化合物を少量用いても良いし、あるいは、ホスホン酸基が直接ベンゼン環に結合せずに間接的に結合している置換もしくは非置換のポリアニリン化合物を少量用いても良い。
(Other polymers)
In the method for producing a phosphorus-containing polyaniline of the present invention, it is preferable to use the above-mentioned substituted or unsubstituted polyaniline compound as a polymer at the time of phosphorification. However, if necessary, in the polymer mixture used as a raw material in the production of phosphorus-containing polyaniline, a phosphorizable polymer other than the above-mentioned substituted or unsubstituted polyaniline compound (hereinafter, "other type polymer") is used in the present invention. It may be contained in a small amount so as not to interfere with the effect of. That is, a substituted or unsubstituted polyaniline compound having no phosphonic acid may be copolymerized, if necessary. For example, a small amount of a substituted or unsubstituted polyaniline compound having no acidic substituent may be used, or a small amount of a substituted or unsubstituted polyaniline compound having an acidic substituent (for example, sulfonic acid) other than phosphonic acid may be used. It may be used, or a small amount of a substituted or unsubstituted polyaniline compound in which the phosphonic acid group is indirectly bonded without being directly bonded to the benzene ring may be used.

ただし、上記他種ポリマーの使用量が多すぎると、本発明の利点が損なわれることになるので、他種ポリマーの使用量は多すぎないことが好ましい。他種ポリマーの使用量は、重合に使用される置換または非置換のポリアニリン化合物総量のうちの40モル%以下であることが好ましく、30モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることがさらに好ましく、10モル%以下であることがいっそう好ましく、5モル%以下であることがひときわ好ましく、3モル%以下であることが特に好ましく、1モル%以下であることが最も好ましい。 However, if the amount of the other type polymer used is too large, the advantages of the present invention will be impaired. Therefore, it is preferable that the amount of the other type polymer used is not too large. The amount of the other type polymer used is preferably 40 mol% or less, more preferably 30 mol% or less, and 20 mol% or less of the total amount of the substituted or unsubstituted polyaniline compound used for the polymerization. It is more preferably 10 mol% or less, particularly preferably 5 mol% or less, particularly preferably 3 mol% or less, and most preferably 1 mol% or less.

[ホスホン化反応]
ポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物をホスファイトと反応させてホスホン化を行うことにより、含リンポリアニリンが得られる。ホスホン化方法としては、ポリアニリン化合物にホスホン酸残基を導入し得る任意のホスホン化方法を採用することができる。ホスファイトとしては、ポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物と反応し得る任意のホスファイトが使用可能である。
[Phosphonation reaction]
Phosphonation of a polyaniline compound or a mixture of polyaniline with phosphite gives a phosphorus-containing polyaniline. As the phosphonization method, any phosphonization method capable of introducing a phosphonic acid residue into the polyaniline compound can be adopted. As the phosphite, any phosphite capable of reacting with a polyaniline compound or a polyaniline mixture can be used.

好ましくは、酸化剤を用いてポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物を酸化して下記一般式(3)または一般式(4)で表されるホスファイト化合物(好ましくはトリアルキルホスファイトまたはジアルキルホスファイト)と反応させて含リンポリアニリンを合成する方法を採用することができる。 Preferably, the polyaniline compound or the polyaniline mixture is oxidized with an oxidizing agent and reacted with a phosphite compound represented by the following general formula (3) or general formula (4) (preferably trialkylphosphite or dialkylphosphite). A method of synthesizing phosphorus-containing polyaniline can be adopted.

一般式(3): General formula (3):

(ここで、M〜Mは同じであってもよく、異なってもよく、それぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選択される。ただし、M〜Mのうちの1つがアルカリ土類金属である場合には、2つのOに該アルカリ土類金属原子が結合していてM〜Mの残りの2つのうちの1つが存在しない構造となる。)
一般式(4):
(Here, M 3 to M 5 may be the same or different, and independently have an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, and 6 to 6 carbon atoms. It is selected from the group consisting of 30 aryl groups, hydrogen atoms, alkali metals, alkaline earth metals, ammonium groups, and pyridinium groups, provided that one of M 3 to M 5 is an alkaline earth metal. the two O - a do not one of the remaining two of said alkaline earth metal atom is bonded M 3 ~M 5 present structure).
General formula (4):

(ここで、MおよびMは同じであってもよく、それぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選択される。ただし、MおよびMのうちの一方がアルカリ土類金属である場合には、2つのOに該アルカリ土類金属原子が結合していてMおよびMのうちの他方が存在しない構造となる。)
なお、一般式(3)において、M〜Mのうちの1つだけが水素原子である化合物は、一般式(4)と互変異性体の関係となり、同一の化合物となる。本明細書中では、その化合物については一般式(4)の化合物として説明する。
(Here, M 6 and M 7 may be the same, and independently, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, respectively. It is selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal, an alkaline earth metal, an ammonium group, and a pyridinium group. However, when one of M 6 and M 7 is an alkaline earth metal, two O's are used. The structure is such that the alkaline earth metal atom is bonded to − and the other of M 6 and M 7 does not exist.)
In the general formula (3), a compound in which only one of M 3 to M 5 is a hydrogen atom has a tautomer relationship with the general formula (4) and becomes the same compound. In the present specification, the compound will be described as a compound of the general formula (4).

本明細書中において「ホスホン化」とは、ポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物とホスファイトとを反応させて含リンポリアニリンを合成する反応を意味する。本明細書中において「ホスホン化剤」とは、酸化剤または平尾反応などに用いる触媒を意味する。本明細書中において「酸化」とは、酸化剤を用いてポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物から水素原子を引き抜くことを意味する。本明細書中において「酸化剤」とは、そのような酸化反応を引き起こす試薬をいう。 As used herein, the term "phosphonization" means a reaction in which a polyaniline compound or a mixture of polyanilines is reacted with phosphite to synthesize phosphorus-containing polyaniline. As used herein, the term "phosphonating agent" means an oxidizing agent or a catalyst used for a Hirao reaction or the like. As used herein, "oxidation" means the extraction of hydrogen atoms from a polyaniline compound or polyaniline mixture using an oxidizing agent. As used herein, the term "oxidizing agent" refers to a reagent that causes such an oxidizing reaction.

従って、酸化剤を用いた場合、ポリアニリン化合物から水素原子が失われる。そして脱水素化されたポリアニリン化合物が一般式(3)のホスファイト化合物(例えば、トリアルキルホスファイト)と反応する。 Therefore, when an oxidizing agent is used, hydrogen atoms are lost from the polyaniline compound. Then, the dehydrogenated polyaniline compound reacts with the phosphite compound of the general formula (3) (for example, trialkylphosphite).

(その他のホスホン化反応)
本発明のホスホン化反応においては、上述した、酸化剤を用いてポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物と酸化により、一般式(3)で表されるホスファイトとの反応により含リンポリアニリンを合成する「求核付加によるホスホン化反応」を使用することが好ましい。しかし、必要に応じて、平尾反応によるホスホン化と呼ばれる方法を採用してもよい。
(Other phospholation reactions)
In the phosphorification reaction of the present invention, the above-mentioned "nucleophilic" that synthesizes phosphopolyaniline-containing polyaniline by reaction with phosphite represented by the general formula (3) by oxidation with a polyaniline compound or a polyaniline mixture using an oxidizing agent. It is preferable to use a "phosphorization reaction by addition". However, if necessary, a method called phosphonation by the Hirao reaction may be adopted.

本明細書中において「平尾反応によるホスホン化」とは、ポリアニリン化合物またはポリアニリン混合物と一般式(4)で表されるジアルキルホスファイトとのカップリングにより含リンポリアニリンを合成する反応を意味する。なお、本明細書において、「平尾反応」とは、パラジウム化合物などの触媒の存在下でベンゼン環にホスファイトを結合させる反応を言う。 In the present specification, "phosphorization by Hirao reaction" means a reaction for synthesizing phosphopolyaniline-containing polyaniline by coupling a polyaniline compound or a polyaniline mixture with a dialkylphosphite represented by the general formula (4). In the present specification, the "Hirao reaction" refers to a reaction in which phosphite is bound to a benzene ring in the presence of a catalyst such as a palladium compound.

平尾反応の触媒としては、公知の任意の触媒が使用可能であり、好ましくはパラジウム化合物であり、より好ましくはPd(PPhまたはPd(OAc)である。また、必要に応じて、平尾反応によるホスホン化は触媒失活防止のため、反応仕込み前に反応容器を真空加熱(以下、フレームドライと表記する)することが好ましい。平尾反応は、具体的には、国際公開WO2014/167818などに説明されている。 As the catalyst for the Hirao reaction, any known catalyst can be used, preferably a palladium compound, and more preferably Pd (PPh 3 ) 4 or Pd (OAc) 2 . Further, if necessary, in order to prevent catalyst deactivation in phosphonization by the Hirao reaction, it is preferable to vacuum-heat the reaction vessel (hereinafter referred to as frame dry) before charging the reaction. The Hirao reaction is specifically described in the international publication WO2014 / 167818 and the like.

(ホスファイトの量)
本発明の方法に用いるホスファイトの量は特に限定されない。ポリアニリン化合物の種類およびポリアニリン化合物に導入しようとするホスファイトの種類などを考慮して適宜設計することができる。例えば、ポリアニリン化合物が非置換のアニリンであれば、ベンゼン環の4か所にホスホン酸残基を導入できるので、導入できるホスホン酸残基の数はアニリンモノマー残基の数の4倍となる。そのうちの導入しようとするホスホン酸残基の数に応じて、適宜ホスファイトの量を決めることができる。多数のホスホン酸残基を導入しようとする場合には、多量のホスファイトを使えば良いし、少数のホスホン酸残基を導入しようとする場合には、少量のホスファイトを使えば良い。
(Amount of phosphite)
The amount of phosphite used in the method of the present invention is not particularly limited. It can be appropriately designed in consideration of the type of the polyaniline compound, the type of phosphite to be introduced into the polyaniline compound, and the like. For example, if the polyaniline compound is an unsubstituted aniline, phosphonic acid residues can be introduced at four positions on the benzene ring, so that the number of phosphonic acid residues that can be introduced is four times the number of aniline monomer residues. The amount of phosphite can be appropriately determined according to the number of phosphonic acid residues to be introduced. If a large number of phosphonic acid residues are to be introduced, a large amount of phosphite may be used, and if a small number of phosphonic acid residues are to be introduced, a small amount of phosphite may be used.

例えば、1つの実施形態においては、ホスファイトを、前記一般式(2)で表されるポリアニリン化合物に対して0.05当量以上、10当量以下使用する。必要に応じて、例えば、ホスファイトの量を、0.1当量以上、0.3当量以上、0.5当量以上、1当量以上、または2当量以上としてもよい。また例えば、ホスファイトの量を、9当量以下、8当量以下、7当量以下、6当量以下、または5当量以下としてもよい。 For example, in one embodiment, phosphite is used in an amount of 0.05 equivalents or more and 10 equivalents or less with respect to the polyaniline compound represented by the general formula (2). If necessary, for example, the amount of phosphite may be 0.1 equivalent or more, 0.3 equivalent or more, 0.5 equivalent or more, 1 equivalent or more, or 2 equivalent or more. Further, for example, the amount of phosphite may be 9 equivalents or less, 8 equivalents or less, 7 equivalents or less, 6 equivalents or less, or 5 equivalents or less.

なお、ここで、ホスファイトのポリアニリン化合物に対する当量は、ポリアニリン化合物中に存在するホスホン酸残基が導入され得る場所の総数の計算値(例えば、非置換ポリアニリンであればアニリンモノマー残基の数の4倍)に対するホスファイトのモル数として計算される。 Here, the equivalent of phosphite to the polyaniline compound is a calculated value of the total number of places where phosphonic acid residues existing in the polyaniline compound can be introduced (for example, in the case of unsubstituted polyaniline, the number of aniline monomer residues). It is calculated as the number of moles of phosphite relative to (4 times).

(ホスホン化剤の量)
本発明の方法に用いるホスホン化剤の量は特に限定されない。ポリアニリン化合物の種類およびポリアニリン化合物に導入しようとするホスホン酸残基の種類および量などを考慮して適宜設計することができる。例えば、ポリアニリン化合物が非置換のアニリンであれば、ベンゼン環の4か所にホスホン酸残基を導入できるので、導入できるホスホン酸残基の数はアニリンモノマー残基の数の4倍となる。そのうちの導入しようとするホスホン酸残基の数に応じて、適宜ホスホン化剤の量を決めることができる。多数のホスホン酸残基を導入しようとする場合には、多量のホスホン化剤を使えば良いし、少数のホスホン酸残基を導入しようとする場合には、少量のホスホン化剤を使えば良い。
(Amount of phosphonating agent)
The amount of the phosphonating agent used in the method of the present invention is not particularly limited. It can be appropriately designed in consideration of the type of the polyaniline compound, the type and amount of the phosphonic acid residue to be introduced into the polyaniline compound, and the like. For example, if the polyaniline compound is an unsubstituted aniline, phosphonic acid residues can be introduced at four positions on the benzene ring, so that the number of phosphonic acid residues that can be introduced is four times the number of aniline monomer residues. The amount of the phosphonating agent can be appropriately determined according to the number of phosphonic acid residues to be introduced. When introducing a large number of phosphonic acid residues, a large amount of phosphonating agent may be used, and when introducing a small number of phosphonic acid residues, a small amount of phosphonating agent may be used. ..

例えば、1つの実施形態においては、ホスホン化剤を、前記一般式(2)で表されるポリアニリン化合物に対して0.05当量以上、10当量以下使用する。必要に応じて、例えば、ホスホン化剤の量を、0.1当量以上、0.3当量以上、0.5当量以上、1当量以上、または2当量以上としてもよい。また例えば、ホスホン化剤の量を、9当量以下、8当量以下、7当量以下、6当量以下、または5当量以下としてもよい。 For example, in one embodiment, the phosphonating agent is used in an amount of 0.05 equivalents or more and 10 equivalents or less with respect to the polyaniline compound represented by the general formula (2). If necessary, for example, the amount of the phospholating agent may be 0.1 equivalent or more, 0.3 equivalent or more, 0.5 equivalent or more, 1 equivalent or more, or 2 equivalent or more. Further, for example, the amount of the phospholating agent may be 9 equivalents or less, 8 equivalents or less, 7 equivalents or less, 6 equivalents or less, or 5 equivalents or less.

なお、ここで、ホスホン化剤のポリアニリン化合物に対する当量は、ポリアニリン化合物中に存在するホスホン酸残基が導入され得る場所の総数の計算値(例えば、非置換ポリアニリンであればアニリンモノマー残基の数の4倍)に対するホスホン化剤のモル数として計算される。 Here, the equivalent of the phosphonating agent to the polyaniline compound is a calculated value of the total number of places where phosphonic acid residues existing in the polyaniline compound can be introduced (for example, in the case of unsubstituted polyaniline, the number of aniline monomer residues). Is calculated as the number of moles of the phospholating agent relative to (4 times).

(ホスホン化率)
本発明の方法においては、ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を適宜設計することができる。すなわち、目的とする含リンポリアニリンに必要とされる物性等を考慮して、所望の量を導入することができる。含リンポリアニリン中に存在するアニリンモノマー残基の数を100%として、例えば、導入率を10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または95%以上にできるように調整することが可能である。あるいは、100%としてもよい。高い導電性が所望される場合には、より多くのホスホン酸残基が導入されるように設計することができる。また、何らかの理由により、ホスホン化率を制御することが所望される場合には、導入されるホスホン酸残基の数が抑制されるように設計することもできる。そのような場合には、例えば、導入率を95%以下、90%以下、85%以下、または80%以下にできるように調整することが可能である。
(Phosphonation rate)
In the method of the present invention, the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound can be appropriately designed. That is, a desired amount can be introduced in consideration of the physical characteristics required for the target phosphorus-containing polyaniline. Assuming that the number of aniline monomer residues present in phosphorus-containing polyaniline is 100%, for example, the introduction rate is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more. , 80% or more, 90% or more, or 95% or more can be adjusted. Alternatively, it may be 100%. If high conductivity is desired, it can be designed to introduce more phosphonic acid residues. It can also be designed to suppress the number of phosphonic acid residues introduced if, for some reason, it is desired to control the phosphonization rate. In such a case, for example, the introduction rate can be adjusted to be 95% or less, 90% or less, 85% or less, or 80% or less.

ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を多くすれば、ホスホン酸残基の導入効果を高くすることができる。例えば、導電性の付与効果を高くすることができる。ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を調整する手段としては、上述したホスファイトの量またはホスホン化剤の量を調整することが好ましい。また、反応条件、例えば、反応温度や反応時間を調整することによって、ホスホン酸残基をポリアニリン化合物に導入する量を調整しても良い。 By increasing the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound, the effect of introducing the phosphonic acid residue can be enhanced. For example, the effect of imparting conductivity can be enhanced. As a means for adjusting the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound, it is preferable to adjust the amount of the above-mentioned phosphite or the amount of the phosphonating agent. Further, the amount of the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound may be adjusted by adjusting the reaction conditions, for example, the reaction temperature and the reaction time.

(酸化剤)
本発明においてホスホン化反応に酸化剤を用いる場合、ポリアニリン化合物から水素原子が除去される。すなわち、酸化状態がエメラルディン塩基のポリアニリン化合物がペルニグラニリン塩または塩基に変換されることになる。そのため、ホスホン化反応は、この脱水素を引き起こすための酸化剤の存在下で行われる。酸化剤としては、ホスホン化において一般的に用いられている酸化剤が使用できる。具体例としては、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ硫酸ナトリウム、過酸化水素、第二塩化鉄などが挙げられ、好ましく用いられるものとしてはペルオキソ二硫酸アンモニウムが挙げられる。
(Oxidant)
When an oxidizing agent is used in the phosphorification reaction in the present invention, hydrogen atoms are removed from the polyaniline compound. That is, the polyaniline compound whose oxidation state is an emeraldine base is converted into a pernigraniline salt or a base. Therefore, the phospholation reaction is carried out in the presence of an oxidizing agent to cause this dehydrogenation. As the oxidizing agent, an oxidizing agent generally used in phosphonization can be used. Specific examples include ammonium peroxodisulfate, sodium peroxodisulfate, hydrogen peroxide, ferric chloride, and the like, and ammonium peroxodisulfate is preferably used.

酸化剤の使用量は、酸化が進行し得る量である限り限定されない。ホスホン化するポリアニリン化合物の総量に対して、0.5当量以上であることが好ましく、0.7当量以上であることがより好ましく、1.0当量以上であることがさらに好ましく、1.5当量以上であることが最も好ましい。そして、必要に応じて、2.1当量以上、2.2当量以上、2.4当量以上、2.6当量以上、2.8当量以上または3.0当量以上とすることも可能である。また、ホスホン化するポリアニリン化合物に対して、10当量以下であることが好ましく、8当量以下であることがより好ましく、6当量以下であることがさらに好ましく、5当量以下であることが特に好ましく、4当量以下であることが最も好ましい。そして、必要に応じて、3.9当量以下、3.7当量以下、3.6当量以下、3.5当量以下、3.4当量以下、3.3当量以下、3.2当量以下、または3.1当量以下とすることも可能である。 The amount of the oxidizing agent used is not limited as long as the amount of oxidation can proceed. It is preferably 0.5 equivalents or more, more preferably 0.7 equivalents or more, further preferably 1.0 equivalents or more, and 1.5 equivalents, based on the total amount of the polyaniline compound to be phospholated. The above is the most preferable. Then, if necessary, it may be 2.1 equivalents or more, 2.2 equivalents or more, 2.4 equivalents or more, 2.6 equivalents or more, 2.8 equivalents or more, or 3.0 equivalents or more. Further, the amount of the polyaniline compound to be phospholated is preferably 10 equivalents or less, more preferably 8 equivalents or less, further preferably 6 equivalents or less, and particularly preferably 5 equivalents or less. Most preferably, it is 4 equivalents or less. Then, if necessary, 3.9 equivalents or less, 3.7 equivalents or less, 3.6 equivalents or less, 3.5 equivalents or less, 3.4 equivalents or less, 3.3 equivalents or less, 3.2 equivalents or less, or It is also possible to make it 3.1 equivalents or less.

なお、ここで、酸化剤のポリアニリン化合物に対する当量は、ポリアニリン化合物中に存在するホスホン酸残基が導入され得る場所の総数の計算値(例えば、非置換ポリアニリンであればアニリンモノマー残基の数の4倍)に対する酸化剤のモル数として計算される。例えば、過硫酸塩などの、1モルの化合物が2モルの水素を引き抜くことができる酸化剤であれば、その酸化剤の0.5モルが1当量である。 Here, the equivalent of the oxidizing agent to the polyaniline compound is a calculated value of the total number of places where phosphonic acid residues existing in the polyaniline compound can be introduced (for example, in the case of unsubstituted polyaniline, the number of aniline monomer residues). It is calculated as the number of moles of oxidant relative to (4 times). For example, if 1 mol of a compound such as persulfate is an oxidizing agent capable of extracting 2 mol of hydrogen, 0.5 mol of the oxidizing agent is 1 equivalent.

(塩基)
本発明の平尾反応によるホスホン化は塩基を用いて行ってもよい。
(base)
Phosphonation by the Hirao reaction of the present invention may be carried out using a base.

塩基としてはトリエチルアミン、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、リン酸カリウム、酸化プロピレン等が挙げられ、特にトリエチルアミン、炭酸セシウムが好ましい。 Examples of the base include triethylamine, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, potassium phosphate, propylene oxide and the like, and triethylamine and cesium carbonate are particularly preferable.

(溶媒)
本発明のホスホン化の反応は、必要に応じて溶媒を用いて行ってもよい。好ましい溶媒としては水、アンモニア水、塩酸、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、アセトン、2−ブタノン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと表記する)等が挙げられる。水およびNMPが特に好ましい。
(solvent)
The phospholation reaction of the present invention may be carried out using a solvent, if necessary. Preferred solvents include water, aqueous ammonia, hydrochloric acid, methanol, ethanol, isopropanol, acetonitrile, dimethylformamide, acetone, 2-butanone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, dioxane, toluene, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, NMP) and the like. Water and NMP are particularly preferred.

(反応温度)
本発明の方法において、ホスホン化の反応温度は特に限定されない。好ましくは、20℃以上であり、より好ましくは30℃以上であり、さらに好ましくは40℃以上である。また、好ましくは、200℃以下であり、より好ましくは160℃以下であり、いっそう好ましくは130℃以下であり、さらに好ましくは、120℃以下である。反応温度が好ましい範囲内であれば、高い収率で含リンポリアニリンエステルを得ることができる。
(Reaction temperature)
In the method of the present invention, the reaction temperature for phosphonation is not particularly limited. It is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher, and even more preferably 40 ° C. or higher. Further, it is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower, still more preferably 130 ° C. or lower, and even more preferably 120 ° C. or lower. If the reaction temperature is within a preferable range, a phosphorus-containing polyaniline ester can be obtained in a high yield.

(反応時間)
本発明の方法において、ホスホン化の反応時間は特に限定されない。各々の条件において、反応するのに充分な時間を適宜選択すればよい。反応が充分に進行していれば、反応時間の違いが本願の効果に大きな影響を及ぼすことはない。
(Reaction time)
In the method of the present invention, the reaction time for phosphonation is not particularly limited. In each condition, a sufficient time for reaction may be appropriately selected. If the reaction is sufficiently advanced, the difference in reaction time does not significantly affect the effect of the present application.

反応時間は、好ましくは、1時間以上であり、より好ましくは、3時間以上であり、さらに好ましくは、6時間以上であり、いっそう好ましくは、9時間以上であり、特に好ましくは12時間以上であり、必要に応じて、15時間以上、18時間以上、21時間以上、または24時間以上とすることも可能である。また、好ましくは、7日間以下であり、より好ましくは、5日以下であり、さらに好ましくは、3日以下であり、いっそう好ましくは、2日以下であり、特に好ましくは36時間以下であり、必要に応じて、30時間以下、28時間以下または26時間以下とすることも可能である。 The reaction time is preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer, still more preferably 6 hours or longer, even more preferably 9 hours or longer, and particularly preferably 12 hours or longer. Yes, it can be 15 hours or more, 18 hours or more, 21 hours or more, or 24 hours or more, if necessary. Further, it is preferably 7 days or less, more preferably 5 days or less, further preferably 3 days or less, still more preferably 2 days or less, and particularly preferably 36 hours or less. If necessary, it can be 30 hours or less, 28 hours or less, or 26 hours or less.

[加水分解]
本発明の方法においてホスホン化により得られた含リンポリアニリンがエステルである場合、すなわち、ポリアニリン化合物に導入されたホスホン酸残基がエステルである場合には、必要に応じて、そのエステルを加水分解する工程を行うことができる。加水分解を行うことにより、例えば、プロトン伝導性及び導電性を有するポリアニリンを得ることができる。
[Hydrolysis]
When the phosphorus-containing polyaniline obtained by phosphorification in the method of the present invention is an ester, that is, when the phosphonic acid residue introduced into the polyaniline compound is an ester, the ester is hydrolyzed as necessary. Can be carried out. By performing hydrolysis, for example, polyaniline having proton conductivity and conductivity can be obtained.

加水分解の方法としては、ホスホン酸エステルを加水分解する方法として公知の任意の方法を採用することができる。例えば、強酸で処理する方法、または強アルカリで処理することなどの方法により、加水分解を行うことができる。強酸としては、例えば、塩酸、硫酸などのプロトン酸、およびトリメチルシリルブロマイドなどのルイス酸などが挙げられる。強アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウムなどが挙げられる。ここで、ルイス酸を用いる場合は、例えば、ルイス酸と反応させた後、水と反応させる方法などが好ましく使用可能である。 As the method of hydrolysis, any method known as a method of hydrolyzing a phosphonate ester can be adopted. For example, hydrolysis can be carried out by a method such as treatment with a strong acid or treatment with a strong alkali. Examples of the strong acid include protonic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, and Lewis acids such as trimethylsilyl bromide. Examples of the strong alkali include sodium hydroxide and the like. Here, when Lewis acid is used, for example, a method of reacting with Lewis acid and then reacting with water can be preferably used.

加水分解の反応温度、反応時間などの反応条件は所望の程度にまで加水分解が進行するように調整すればよく、特に限定されない。例えば、すべてのエステルを加水分解して高いプロトン伝導性及び導電性を達成したい場合には、より高い、反応温度、より長い反応時間などを採用することができる。 The reaction conditions such as the reaction temperature and reaction time of hydrolysis may be adjusted so that the hydrolysis proceeds to a desired degree, and are not particularly limited. For example, higher reaction temperatures, longer reaction times, etc. can be employed if it is desired to hydrolyze all esters to achieve high proton conductivity and conductivity.

例えば、加水分解の際の反応温度は、20℃以上であり、より好ましくは30℃以上であり、さらに好ましくは40℃以上である。また、好ましくは、200℃以下であり、より好ましくは160℃以下であり、いっそう好ましくは130℃以下であり、さらに好ましくは、120℃以下である。反応温度が好ましい範囲内であれば、高い収率で含リンポリアニリンエステルを得ることができる。 For example, the reaction temperature during hydrolysis is 20 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher, and even more preferably 40 ° C. or higher. Further, it is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower, still more preferably 130 ° C. or lower, and even more preferably 120 ° C. or lower. If the reaction temperature is within a preferable range, a phosphorus-containing polyaniline ester can be obtained in a high yield.

また例えば、加水分解の反応時間は、好ましくは、1時間以上であり、より好ましくは、2時間以上であり、さらに好ましくは、3時間以上である。また、好ましくは、2日間以下であり、より好ましくは、1日間以下であり、さらに好ましくは、12時間以下であり、いっそう好ましくは、6時間以下である。 Further, for example, the reaction time of hydrolysis is preferably 1 hour or more, more preferably 2 hours or more, and further preferably 3 hours or more. Further, it is preferably 2 days or less, more preferably 1 day or less, further preferably 12 hours or less, and even more preferably 6 hours or less.

[含リンポリアニリン]
本発明の含リンポリアニリンは、上記方法により製造される。
[Phosphorus-containing polyaniline]
The phosphorus-containing polyaniline of the present invention is produced by the above method.

本明細書において「含リンポリアニリン」は、ポリアニリン化合物をホスホン化することによって得られるものをいう。本発明の含リンポリアニリンは、ホスホン酸残基部分にエステル結合を有さない含リンポリアニリンであってもよく、ホスホン酸残基部分にエステル結合を有する含リンポリアニリンエステルであってもよい。ポリアニリン化合物にホスホン酸エステルが置換基として結合しているものを、本明細書中においてポリアニリンエステルという。含リンポリアニリンエステルは、特に、導電性ポリアニリンを製造するための中間体として有用である。 As used herein, "phosphory-containing polyaniline" refers to one obtained by phosphonating a polyaniline compound. The phosphorus-containing polyaniline of the present invention may be a phosphorus-containing polyaniline having no ester bond at the phosphonic acid residue portion, or may be a phosphorus-containing polyaniline ester having an ester bond at the phosphonic acid residue portion. A polyaniline compound in which a phosphonate ester is bonded as a substituent is referred to as a polyaniline ester in the present specification. Phosphorus-containing polyaniline esters are particularly useful as intermediates for the production of conductive polyanilines.

ポリアニリンの重合度は任意に設定することが可能であり、例えば、4以上、6以上、または8以上とすることが可能であり、また、3,000以下、2,000以下または1,200以下とすることが可能である。あるいは、下記一般式(1)のkについて記載した重合度とすることが可能である。 The degree of polymerization of polyaniline can be arbitrarily set, for example, 4 or more, 6 or more, or 8 or more, and 3,000 or less, 2,000 or less, or 1,200 or less. It is possible to Alternatively, the degree of polymerization described for k in the following general formula (1) can be used.

同様に、ポリアニリンの分子量は任意に設定することが可能である。例えば、下記一般式(1)のkについて記載した重合度に対応する分子量とすることが可能である。 Similarly, the molecular weight of polyaniline can be set arbitrarily. For example, the molecular weight can be set to correspond to the degree of polymerization described for k in the following general formula (1).

ポリアニリンの数平均分子量としては、例えば、400以上、600以上、または800以上とすることが可能であり、また、600,000以下、400,000以下、または240,000以下とすることが可能である。 The number average molecular weight of polyaniline can be, for example, 400 or more, 600 or more, or 800 or more, and can be 600,000 or less, 400,000 or less, or 240,000 or less. is there.

ポリアニリンの重量平均分子量としては、例えば、800以上、1,200以上、または1,600以上とすることが可能であり、また、1,200,000以下、800,000以下、または480,000以下とすることが可能である。 The weight average molecular weight of polyaniline can be, for example, 800 or more, 1,200 or more, or 1,600 or more, and 1,200,000 or less, 800,000 or less, or 480,000 or less. It is possible to

本発明の含リンポリアニリンの製造方法によれば、重合度が高い含リンポリアニリンを容易に得ることが可能である。また、重合度が高い含リンポリアニリンエステルも容易に得ることが可能である。より具体的には、例えば、ホスホン化反応を行う原料として重合度の高いポリアニリン化合物を使用することにより、容易に重合度の高い含リンポリアニリンを得ることができる。 According to the method for producing a phosphorus-containing polyaniline of the present invention, it is possible to easily obtain a phosphorus-containing polyaniline having a high degree of polymerization. In addition, a phosphorus-containing polyaniline ester having a high degree of polymerization can be easily obtained. More specifically, for example, by using a polyaniline compound having a high degree of polymerization as a raw material for carrying out a phospholation reaction, a phosphorus-containing polyaniline having a high degree of polymerization can be easily obtained.

上記新規製造方法で得られる含リンポリアニリンは、例えば、一般式(1)で表される:
−(A− (1)
ここで、Aはそれぞれ独立してアニリンモノマー残基である。kは重合度であって、任意の正の整数である。具体的には、例えば、4以上、10以上、100以上、500以上、1000以上または2000以上とすることが可能であり、また例えば、10,000以下、5,000以下、4,000以下または3,000以下とすることが可能である。一般式(1)のポリアニリンの分子量は、重合度に対応する量になる。なお、数平均分子量および重量平均分子量について、本明細書中のポリアニリンに関して上述した説明は一般式(1)のポリアニリンにも当てはまる。
The phosphorus-containing polyaniline obtained by the above novel production method is represented by, for example, the general formula (1):
-(A 1 ) k- (1)
Here, A 1 is an aniline monomer residue independently. k is the degree of polymerization and is any positive integer. Specifically, for example, it can be 4 or more, 10 or more, 100 or more, 500 or more, 1000 or more or 2000 or more, and for example, 10,000 or less, 5,000 or less, 4,000 or less or. It can be 3,000 or less. The molecular weight of the polyaniline of the general formula (1) is an amount corresponding to the degree of polymerization. Regarding the number average molecular weight and the weight average molecular weight, the above-mentioned description regarding the polyaniline in the present specification also applies to the polyaniline of the general formula (1).

隣接するアニリンモノマー残基どうしは、パラ位置で結合している。すなわち、第1のアニリンモノマー残基に第2のアニリンモノマー残基が結合し、そして第2のアニリンモノマー残基に第3のアニリンモノマー残基が結合している場合、第1のアニリンモノマー残基と第3のアニリンモノマー残基は、第2のアニリンモノマー残基中のベンゼン環においてパラの位置関係にある。 Adjacent aniline monomer residues are attached at the para position. That is, when the second aniline monomer residue is bound to the first aniline monomer residue and the third aniline monomer residue is bound to the second aniline monomer residue, the first aniline monomer residue is left. The group and the third aniline monomer residue are in a para-positional relationship on the benzene ring in the second aniline monomer residue.

また、新規製造方法で得られる含リンポリアニリンの一般式(1)のさらなる詳細については本発明の触媒に関する一般式(1)についての説明がそのまま該当する。 Further, as for the further details of the general formula (1) of the phosphorus-containing polyaniline obtained by the new production method, the description of the general formula (1) regarding the catalyst of the present invention is directly applicable.

本発明の1つの実施形態において、含リンポリアニリンは、自己ドーピング性を有する導電性ポリアニリンである。 In one embodiment of the invention, the phosphorus-containing polyaniline is a self-doping conductive polyaniline.

自己ドーピング性を有する導電性ポリアニリンにおいては、ホスホン酸残基に水素が存在することが必要である。含リンポリアニリン中の水素が存在するホスホン残基の数は、任意に選択することができる。水素が存在するホスホン残基の比率は、含リンポリアニリン中に存在するアニリンモノマー残基の数を100%として、例えば、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または95%以上から選択することが可能である。あるいは、100%としてもよい。また、何らかの理由により、水素の含有量を制御することが所望される場合には、水素が存在するホスホン酸残基の数が抑制されるように設計することもできる。そのような場合には、含リンポリアニリン中に存在するアニリンモノマー残基の数を100%として、例えば、その比率を95%以下、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、または70%以下に設計することが可能である。 For self-doping conductive polyaniline, the presence of hydrogen at the phosphonic acid residue is required. The number of phosphon residues in which hydrogen is present in the phosphorus-containing polyaniline can be arbitrarily selected. The ratio of phosphone residues in which hydrogen is present is, for example, 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, assuming that the number of aniline monomer residues present in phosphorus-containing polyaniline is 100%. , 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more can be selected. Alternatively, it may be 100%. It can also be designed to suppress the number of phosphonic acid residues in which hydrogen is present, if for some reason it is desired to control the hydrogen content. In such a case, assuming that the number of aniline monomer residues present in the phosphorus-containing polyaniline is 100%, for example, the ratio is 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, Alternatively, it can be designed to be 70% or less.

また、ホスホン酸残基の総数に対する水素が存在するホスホン酸残基の比率も任意に設計することができる。含リンポリアニリン中に存在するホスホン酸残基の数を100%として、水素が存在するホスホン酸残基の比率を、例えば、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または95%以上から選択することが可能である。あるいは、100%としてもよい。また、何らかの理由により、水素の含有量を制御することが所望される場合には、水素が存在するホスホン酸残基の数が抑制されるように設計することもできる。そのような場合には、含リンポリアニリン中に存在するホスホン酸残基の数を100%として、例えば、その比率を95%以下、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、または70%以下に設計することが可能である。 In addition, the ratio of phosphonic acid residues in which hydrogen is present to the total number of phosphonic acid residues can be arbitrarily designed. Assuming that the number of phosphonic acid residues present in phosphorus-containing polyaniline is 100%, the ratio of phosphonic acid residues in which hydrogen is present is, for example, 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50%. It is possible to select from the above, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. Alternatively, it may be 100%. It can also be designed to suppress the number of phosphonic acid residues in which hydrogen is present, if for some reason it is desired to control the hydrogen content. In such a case, assuming that the number of phosphonic acid residues present in the phosphorus-containing polyaniline is 100%, for example, the ratios are 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, Alternatively, it can be designed to be 70% or less.

(イオン交換)
導電性ポリアニリンは、ホスホン化を行う際に、水素が存在するホスホン酸残基が所望の量導入されるように反応材料を調節しても良い。例えば、所望の量の水素が存在するホスホン酸残基が所望の量導入されるようにホスファイト化合物の種類および量を選択することができる。
(Ion exchange)
For the conductive polyaniline, the reaction material may be adjusted so that the desired amount of phosphonic acid residue in which hydrogen is present is introduced during the phosphorification. For example, the type and amount of phosphite compound can be selected so that the desired amount of phosphonic acid residue with the desired amount of hydrogen is introduced.

また、本発明の方法により得られたポリアニリンには、必要に応じて、イオン交換を行ってドープの量を調節しても良い。イオン交換は酸性水溶液やイオン交換樹脂などにより行うことが出来る。 Further, the polyaniline obtained by the method of the present invention may be subjected to ion exchange to adjust the amount of doping, if necessary. Ion exchange can be performed with an acidic aqueous solution, an ion exchange resin, or the like.

すなわち、得られたポリアニリンのホスホン酸またはホスホン酸一水素塩の水素がポリマー全体として所望の量よりも少ない場合には、ホスホン酸に結合している金属イオンやピリジニウムイオンやアンモニウムイオンを水素イオンにイオン交換することにより、ドープの効果を大きくすることができる。 That is, when the amount of hydrogen in the obtained phosphonic acid or phosphonic acid monohydrogen salt of the obtained polyaniline is less than the desired amount as a whole polymer, the metal ion, pyridinium ion or ammonium ion bonded to the phosphonic acid is converted into a hydrogen ion. By exchanging ions, the effect of doping can be enhanced.

また逆に、重合により得られたポリアニリンのホスホン酸またはホスホン酸一水素塩の水素がポリマー全体として所望の量よりも多すぎる場合には、ホスホン酸またはホスホン酸一水素塩の水素イオンを他のイオン(例えば、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、ピリジニウムイオン等)にイオン交換することにより、ドープの効果を小さくすることができる。 Conversely, if the amount of hydrogen in the phosphonic acid or phosphonic acid monohydrogen salt of the polyaniline obtained by polymerization is more than the desired amount for the polymer as a whole, hydrogen ions of the phosphonic acid or phosphonic acid monohydrogen salt may be used. The effect of doping can be reduced by ion exchange with ions (for example, alkali metal ion, ammonium ion, pyridinium ion, etc.).

イオン交換は、ポリアニリンを合成した後に行うことができる。上記精製の操作と同時に行うことも可能であり、精製の操作より前に行ってもよく、精製の操作の後に行ってもよい。例えば、ろ過により精製を行う際には、ろ過を行うカラムにイオン交換樹脂を充填しておけば、ろ過による精製と同時にイオン交換を行うことができる。 Ion exchange can be performed after synthesizing polyaniline. It can be performed at the same time as the above purification operation, and may be performed before the purification operation or after the purification operation. For example, when purification is performed by filtration, if the column to be filtered is filled with an ion exchange resin, ion exchange can be performed at the same time as purification by filtration.

イオン交換の方法としては、従来公知のイオン交換の方法が使用可能である。 As a method of ion exchange, a conventionally known method of ion exchange can be used.

[含リンポリアニリンエステル]
本発明の1つの実施形態において、含リンポリアニリンは、エステル結合を有する含リンポリアニリンエステルである。含リンポリアニリンエステルは、特に、導電性ポリアニリンを製造するための中間体として有用である。
[Phosphorus-containing polyaniline ester]
In one embodiment of the invention, the phosphorus-containing polyaniline is a phosphorus-containing polyaniline ester having an ester bond. Phosphorus-containing polyaniline esters are particularly useful as intermediates for the production of conductive polyanilines.

含リンポリアニリンエステルは、その分子中の少なくとも1つのホスホン酸残基に1つまたは2つのエステル結合が存在する。すなわち、上記一般式(1)の各Aに存在するホスホン酸残基R中のMおよびMのうちの1つまたは両方が炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基または炭素数6〜30のアリール基から選択されて、エステル結合を形成する。MおよびMのうち1つのみがエステルである構造について、本明細書中では、モノエステルという。MおよびMの両方がエステルである構造について、本明細書中では、ジエステルという。 Phosphor-containing polyaniline esters have one or two ester bonds at least one phosphonic acid residue in the molecule. That is, one or both of M 1 and M 2 in the phosphonic acid residue R p present in each A 1 of the above general formula (1) is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms and 7 carbon atoms. It is selected from an aralkyl group of ~ 34 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms to form an ester bond. A structure in which only one of M 1 and M 2 is an ester is referred to herein as a monoester. Structures in which both M 1 and M 2 are esters are referred to herein as diesters.

含リンポリアニリンエステルは、エステルを有すること以外は、基本的に上述した含リンポリアニリンと同様であるので、上述した含リンポリアニリンについての説明は、基本的に含リンポリアニリンエステルにもあてはまる。 Since the phosphorus-containing polyaniline ester is basically the same as the above-mentioned phosphorus-containing polyaniline except that it has an ester, the above description of the phosphorus-containing polyaniline basically also applies to the above-mentioned phosphorus-containing polyaniline ester.

導電性ポリアニリンを製造するための中間体としては、モノエステルおよびジエステルの両方を使用することができるが、ジエステルが合成の容易さなどの点で好ましい。エステルを形成する上記MおよびMの種類としては、アルキルまたはアラルキルが好ましく、アルキルがより好ましい。具体例として、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、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基およびペンタデシル基などが挙げられる。エステルを形成する上記MおよびMの種類としては、さらに好ましくは、炭素数が1〜6のアルキルであり、特に好ましくは、炭素数が1〜4のアルキルである。 Both monoesters and diesters can be used as intermediates for producing conductive polyaniline, but diesters are preferable in terms of ease of synthesis and the like. As the types of M 1 and M 2 forming the ester, alkyl or aralkyl is preferable, and alkyl is more preferable. Specific examples include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group and pentadecyl group. Can be mentioned. The types of M 1 and M 2 forming the ester are more preferably alkyl having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably alkyl having 1 to 4 carbon atoms.

含リンポリアニリンエステル中のすべてのホスホン酸残基にジエステルが存在しない場合、すなわち、すべてのエステルがモノエステルである場合の1つの実施形態においては、少なくとも1つのホスホン酸残基がエチルエステル以外のエステルである。 In one embodiment where all phosphonic acid residues in the phosphopolyaniline ester are absent, i.e. all esters are monoesters, at least one phosphonic acid residue is other than an ethyl ester. It is an ester.

含リンポリアニリンエステルは、1つの好ましい実施形態においては、ポリアニリン化合物をホスホン化することによって得られる。例えば、ポリアニリン化合物にホスファイトを反応させることによって得られる。反応させるホスファイトとしては、具体的には、例えば、上記一般式(3)のホスファイトまたは一般式(4)のホスファイトが挙げられる。一般式(3)のホスファイトにおいて、M〜Mのうちの少なくとも1つを炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、または炭素数6〜30のアリール基とすることにより、あるいは、一般式(4)のホスファイトにおいて、M〜Mのうちの少なくとも1つを炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、または炭素数6〜30のアリール基とすることにより、得られる含リンポリアニリンにエステルを導入することができる。 Phosphorus-containing polyaniline esters are, in one preferred embodiment, obtained by phosphonating polyaniline compounds. For example, it is obtained by reacting a polyaniline compound with phosphite. Specific examples of the phosphite to be reacted include the phosphite of the general formula (3) and the phosphite of the general formula (4). In the phosphite of the general formula (3), at least one of M 3 to M 5 is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, or an aryl having 6 to 30 carbon atoms. By using the group, or in the phosphite of the general formula (4) , at least one of M 6 to M 7 is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms and an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms. Alternatively, an ester can be introduced into the obtained phosphorus-containing polyaniline by using an aryl group having 6 to 30 carbon atoms.

含リンポリアニリンエステルも、上述した一般式(1)で表すことができる:
−(A− (1)
各Aは各々独立してm個のホスホン酸残基Rとn個の置換基Rとを有し、
ホスホン酸残基Rは、以下の式で表される:
The phosphorus-containing polyaniline ester can also be represented by the above-mentioned general formula (1):
-(A 1 ) k- (1)
Each A 1 independently has m phosphonic acid residues R p and n substituents R.
The phosphonic acid residue R p is expressed by the following formula:

ただし、含リンポリアニリンエステル中のk個のアニリンモノマー残基Aのうちの少なくとも1つにエステル結合を有するホスホン酸残基が存在する。エステルが存在するホスホン残基の数は、任意に選択することができる。エステルが存在するホスホン残基の比率は、含リンポリアニリンエステル中に存在するアニリンモノマー残基の数を100%として、例えば、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または95%以上から選択することが可能である。あるいは、100%としてもよい。また、何らかの理由により、エステルの含有量を制御することが所望される場合には、エステルが存在するホスホン酸残基の数が抑制されるように設計することもできる。そのような場合には、例えば、その比率を95%以下、90%以下、85%以下、または80%以下に設計することが可能である。 However, the phosphonic acid residue having an ester bond to at least one of the k aniline monomer residues A 1 in the phosphorus-containing polyaniline ester is present. The number of phosphon residues in which the ester is present can be arbitrarily selected. The ratio of phosphone residues in which the ester is present is, for example, 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50%, assuming that the number of aniline monomer residues present in the phosphorus-containing polyaniline ester is 100%. It is possible to select from the above, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 95% or more. Alternatively, it may be 100%. It can also be designed to suppress the number of phosphonic acid residues in which the ester is present, if for some reason it is desired to control the ester content. In such a case, for example, the ratio can be designed to be 95% or less, 90% or less, 85% or less, or 80% or less.

また、エステル結合を有するホスホン酸残基は、上述したとおりモノエステルであってもジエステルであってもよい。例えば、含リンポリアニリンエステル中のエステル結合を有するホスホン酸残基のすべてがモノエステルであってもよく、すべてがジエステルであってもよい。また、モノエステルのホスホン酸残基とジエステルのホスホン酸残基との両方が存在しても良い。モノエステルのホスホン酸残基とジエステルのホスホン酸残基との両方が存在する含リンポリアニリンエステルは、例えば、2種類以上のホスファイト化合物を使用することにより製造することができる。含リンポリアニリンエステル中のモノエステルのホスホン酸残基の数とジエステルのホスホン酸残基の数とは任意に選択することができる。例えば、モノエステルのホスホン酸残基の数とジエステルのホスホン酸残基の数の合計を100%として、ジエステルの数を10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、または90%以上から選択することが可能である。また、モノエステルの数を10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、または90%以上から選択することも可能である。 Further, the phosphodiester residue having an ester bond may be a monoester or a diester as described above. For example, all of the phosphonic acid residues having an ester bond in the phosphorus-containing polyaniline ester may be monoesters, or all may be diesters. Further, both the phosphonic acid residue of the monoester and the phosphonic acid residue of the diester may be present. A phosphopolyaniline ester containing both a phosphonic acid residue of a monoester and a phosphonic acid residue of a diester can be produced, for example, by using two or more kinds of phosphite compounds. The number of phosphonic acid residues of the monoester and the number of phosphonic acid residues of the diester in the phosphopolyaniline-containing ester can be arbitrarily selected. For example, assuming that the total number of monoester phosphodies and the number of diester phosphodies is 100%, the number of diesters is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more. , 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more can be selected. It is also possible to select the number of monoesters from 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more. is there.

(加水分解して得られるポリアニリン)
上記含リンポリアニリンエステルに対して、加水分解を行えば、エステル部分が分解されて、エステルを含まない含リンポリアニリンが得られる。このようにして得られた、エステルを含まない含リンポリアニリンは、プロトン伝導性及び導電性ポリマーとして有用である。
(Polyaniline obtained by hydrolysis)
When the above-mentioned phosphorus-containing polyaniline ester is hydrolyzed, the ester portion is decomposed to obtain an ester-free phosphorus-containing polyaniline. The ester-free phosphorus-containing polyaniline thus obtained is useful as a proton-conducting and conductive polymer.

(燃料)
本発明の燃料電池に反応ガスが供給されると、主に下記の電気化学反応が生じ直流電力が発生する。
負極:2H → 4H+4e
正極:O+4H+4e → 2H
なお、白金では、ほぼ100%、4電子還元が起こるが、他の触媒、例えば、ヘテロ原子ドープカーボン触媒では、O+2H+2e → Hという2電子還元も同時に起こり得ることが知られている。
(fuel)
When the reaction gas is supplied to the fuel cell of the present invention, the following electrochemical reactions mainly occur to generate DC electric power.
Negative electrode: 2H 2 → 4H + + 4e
Cathode: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O
In platinum, almost 100% 4-electron reduction occurs, but in other catalysts, for example, heteroatom-doped carbon catalysts, 2-electron reduction of O 2 + 2H + + 2e → H 2 O 2 can occur at the same time. Are known.

負極側ではプロトンが生じる酸化反応が起こり、正極側では本発明の触媒を用いて酸素分子の還元反応が起こる。正極側の還元反応に必要なプロトン源として本発明に採用できる燃料としては、水素ガス、メタノール、エタノール、1−プロパノール、ジメチルエーテル、アンモニア等が挙げられるが、水素が好ましい。 An oxidation reaction in which protons are generated occurs on the negative electrode side, and a reduction reaction of oxygen molecules occurs on the positive electrode side using the catalyst of the present invention. Examples of the fuel that can be adopted in the present invention as a proton source required for the reduction reaction on the positive electrode side include hydrogen gas, methanol, ethanol, 1-propanol, dimethyl ether, ammonia and the like, but hydrogen is preferable.

(バインダー)
本明細書においてバインダーとは、固体高分子形燃料電池において触媒を結着させて触媒層を形成するためのバインダーを意味する。固体高分子形燃料電池においては、プロトンがバインダーを通って触媒に接触する。従来のバインダーは主に固体電解質を用いて製造される。
(binder)
In the present specification, the binder means a binder for binding a catalyst to form a catalyst layer in a polymer electrolyte fuel cell. In polymer electrolyte fuel cells, protons pass through the binder and come into contact with the catalyst. Conventional binders are mainly manufactured using solid electrolytes.

本発明の触媒を用いる燃料電池には、プロトン伝導性を有する従来のバインダーを使用することができる。そのようなバインダーとしては、PTFE(Polytetrafluoroethylene)、PVDF(Polyvinylidenefluoride)、ナフィオン系高分子、PA(Polyamide)系高分子、PI(Polyimide)系高分子、PVA(Polyvinylalcohol)系高分子、PAE(Polyaryleneether)系高分子及びポリアゾール系高分子などが挙げられ、これらは単独又は二つ以上の組合で用いることができる。 In the fuel cell using the catalyst of the present invention, a conventional binder having proton conductivity can be used. Examples of such a binder include PTFE (Polytellafluoroetylene), PVDF (Polyvinylidene fluoride), Nafion-based polymer, PA (Polyamide) -based polymer, PI (Polyamide) -based polymer, PVA (Polyvinylidene) polymer, and PVA (Polyvinylidene fluoride) polymer. Examples include based polymers and polyazole-based polymers, which can be used alone or in combination of two or more.

また、本発明は、1つの実施形態において、ポリアニリンを用いた新規なバインダーを提供する。本発明で使用するポリアニリンを用いたバインダーは、ハロゲンを含まないので環境にやさしいといったメリットがある。また本発明のポリアニリンのバインダーは、プロトン伝導性に加えて、電気伝導性を有するものであり、バインダーに包まれて電極から孤立する触媒が生じて触媒利用率の低下を招くという現象を防ぐことができる。本発明のバインダーは、アノード電極層に用いてもよく、カソード電極層に用いてもよい。 The present invention also provides, in one embodiment, a novel binder using polyaniline. The binder using polyaniline used in the present invention has an advantage that it is environmentally friendly because it does not contain halogen. Further, the polyaniline binder of the present invention has electrical conductivity in addition to proton conductivity, and prevents a phenomenon in which a catalyst wrapped in the binder and isolated from the electrode is generated, which causes a decrease in catalyst utilization rate. Can be done. The binder of the present invention may be used for the anode electrode layer or the cathode electrode layer.

本発明の燃料電池は、本発明の触媒および従来のバインダーを用いて触媒層を形成してもよく、従来の触媒および本発明のバインダーを用いて触媒層を形成してもよく、本発明の触媒および本発明のバインダーを用いて触媒層を形成してもよい。 In the fuel cell of the present invention, the catalyst layer may be formed by using the catalyst of the present invention and the conventional binder, or the catalyst layer may be formed by using the conventional catalyst and the binder of the present invention. A catalyst layer may be formed using a catalyst and the binder of the present invention.

(触媒)
本発明の触媒は、特定構造のポリアニリンを焼成することで目的の性能が得られる。本発明の触媒は、還元反応を触媒する機能を有する。本発明の触媒は、例えば、固体高分子形燃料電池の酸素還元反応を触媒として有用である。
(catalyst)
The catalyst of the present invention can obtain the desired performance by calcining polyaniline having a specific structure. The catalyst of the present invention has a function of catalyzing a reduction reaction. The catalyst of the present invention is useful, for example, using the oxygen reduction reaction of a polymer electrolyte fuel cell as a catalyst.

本発明の触媒においては、一つの実施形態において、ポリアニリンにビピリジン化合物または金属化合物を加えることにより、触媒活性が向上する。 In the catalyst of the present invention, in one embodiment, the catalytic activity is improved by adding a bipyridine compound or a metal compound to polyaniline.

(触媒の製造方法)
含リンポリアニリンは、好ましくは、焼成を行って含リンポリアニリン焼成体として触媒を得ることができる。また、必要に応じて、ピピリジン化合物の添加工程、金属化合物の添加工程、粉砕工程、または酸浸漬工程などを行って触媒を製造することが好ましい。
(Catalyst manufacturing method)
The phosphorus-containing polyaniline can be preferably calcined to obtain a catalyst as a phosphorus-containing polyaniline calcined product. Further, it is preferable to produce a catalyst by performing a step of adding a pipyridine compound, a step of adding a metal compound, a pulverization step, an acid immersion step, or the like, if necessary.

(ビピリジン化合物)
本明細書中において、ビピリジン化合物とは、ビピリジンおよび置換ビピリジンをいう。
(Bipyridine compound)
In the present specification, the bipyridine compound refers to bipyridine and substituted bipyridine.

本発明の触媒に好ましく使用できるビピリジン化合物としては、1−(4−ピリジル)ピペラジン、2−(4−ピペリジニル)ピリジン、2,2−ビピリジル、2,3−ビピリジル、2,4−ビピリジル、4,4−ビピリジル、1−(4−ピリジル)ピリジニウムクロライド、1−(4−ピリジル)ピリジニウムヒドロクロライド、1−(4−ピリジル)ピリジニウム−n―ヒドレート、6−ブロモ−2,2−ビピリジン、5−ブロモ−2,3−ビピリジン、5−ブロモ−2,4−ビピリジン、4,4−ジブロモ−2,2−ビピリジン、6,6−ジブロモ−2,2−ビピリジン、2,2−ジピリジル−N,N−ジオキシド、6,6−ジアミノ−2,2−ビピリジン、4,4−ジメチル−2,2−ビピリジル、5,5−ジメチル−2,2−ビピリジル、4,4−ビス(クロロメチル)−2,2−ビピリジン、2,2−ビピリジン−3,3−ジカルボン酸、2,2−ビピリジン−4,4−ジカルボン酸、2,2−ビピリジン−5,5−ジカルボン酸、4,4−ジエチル−2,2−ビピリジル、4,4−ジノニル−2,2−ジピリジル、2,6−ビス(2−ピリジル)−4(1H)−ピリドン、2,2:6,2−ターピリジン、4−クロロ−2,2:6,2−ターピリジン、4−ブロモ−2,2:6,2−ターピリジン、4−ヒドロキシ−2,2:6,2−ターピリジン、トリメチル−2,2:6,2−ターピリジン−4,4,4−トリカルボキシレート、4,4,4−トリエチル−2,2:6,2−ターピリジン、4−(4−ブロモフェニル)−2,2:6,2−ターピリジン、5−フェニル−2,2−ビピリジン、5−フェニル−2,3−ビピリジン、5−フェニル−2,4−ビピリジン、5−(4−クロロフェニル)−2,2−ビピリジン、5−(4−クロロフェニル)−2,3−ビピリジン、5−(4−クロロフェニル)−2,4−ビピリジン、5−(4−ブロモフェニル)−2,3−ビピリジン、5−(4−ブロモフェニル)−2,4−ビピリジンなどが挙げられる。 Bipyridine compounds that can be preferably used in the catalyst of the present invention include 1- (4-pyridyl) piperazine, 2- (4-piperidinyl) pyridine, 2,2-bipyridyl, 2,3-bipyridyl, 2,4-bipyridyl, 4 , 4-bipyridyl, 1- (4-pyridyl) pyridinium chloride, 1- (4-pyridyl) pyridinium hydrochloride, 1- (4-pyridyl) pyridinium-n-hydrate, 6-bromo-2,2-bipyridine, 5 -Bromo-2,3-bipyridine, 5-bromo-2,4-bipyridine, 4,4-dibromo-2,2-bipyridine, 6,6-dibromo-2,2-bipyridine, 2,2-dipyridyl-N , N-dioxide, 6,6-diamino-2,2-bipyridine, 4,4-dimethyl-2,2-bipyridyl, 5,5-dimethyl-2,2-bipyridyl, 4,4-bis (chloromethyl) -2,2-bipyridine, 2,2-bipyridine-3,3-dicarboxylic acid, 2,2-bipyridine-4,4-dicarboxylic acid, 2,2-bipyridine-5,5-dicarboxylic acid, 4,4- Diethyl-2,2-bipyridyl, 4,4-dinonyl-2,2-dipyridyl, 2,6-bis (2-pyridyl) -4 (1H) -pyridone, 2,2: 6,2-terpyridine, 4- Chloro-2,2: 6,2-terpyridine, 4-bromo-2,2: 6,2-terpyridine, 4-hydroxy-2,2: 6,2-terpyridine, trimethyl-2,2: 6,2- Tarpyridine-4,4,4-tricarboxylate, 4,4,54-triethyl-2,2: 6,2-terpyridine, 4- (4-bromophenyl) -2,2: 6,2-terpyridine, 5 -Phenyl-2,2-bipyridine, 5-phenyl-2,3-bipyridine, 5-phenyl-2,4-bipyridine, 5- (4-chlorophenyl) -2,2-bipyridine, 5- (4-chlorophenyl) -2,3-bipyridine, 5- (4-chlorophenyl) -2,4-bipyridine, 5- (4-bromophenyl) -2,3-bipyridine, 5- (4-bromophenyl) -2,4-bipyridine And so on.

(触媒金属)
また、1つの実施形態において、本発明の含リンポリアニリンに触媒金属を含む金属化合物を添加することができる。金属化合物を添加することは、触媒活性の効果を高めることからより好ましい。
(Catalyst metal)
Further, in one embodiment, a metal compound containing a catalytic metal can be added to the phosphorus-containing polyaniline of the present invention. It is more preferable to add a metal compound because it enhances the effect of catalytic activity.

添加する金属化合物中の金属としては公知の遷移金属元素のものを使用することができる。例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウムといった第4族元素、バナジウム、ニオブ、タンタルといった第5族元素、クロム、モリブデン、タングステンといった第6族元素、マンガン、テクネチウム、レニウムといった第7族元素、鉄、コバルト、ニッケルといった鉄族元素、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムといった白金族元素、銅、銀、金といった銅族元素、亜鉛、カドミウム、水銀といった第12族元素から少なくとも1つを選択することができる。 As the metal in the metal compound to be added, known transition metal elements can be used. For example, Group 4 elements such as titanium, zirconium and hafnium, Group 5 elements such as vanadium, niobium and tantalum, Group 6 elements such as chromium, molybdenum and tungsten, Group 7 elements such as manganese, technetium and ruthenium, iron and cobalt, Select at least one of the iron group elements such as nickel, platinum group elements such as platinum, iridium, osmium, palladium, rhodium and ruthenium, copper group elements such as copper, silver and gold, and group 12 elements such as zinc, cadmium and mercury. Can be done.

本発明では、安価で容易に触媒活性能を備えた還元触媒を提供することから、上記のうち、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛といった非貴金属の元素を用いることが好ましく、鉄、コバルト、ニッケルといった鉄族元素がより好ましい。 In the present invention, since a reduction catalyst having catalytic activity is inexpensively and easily provided, among the above, titanium, zirconium, vanadium, hafnium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, renium, iron, etc. It is preferable to use non-noble metal elements such as cobalt, nickel and zinc, and iron group elements such as iron, cobalt and nickel are more preferable.

本発明の含リンポリアニリンと上記触媒金属を含む金属化合物とを混合して、その混合物の焼成を行えば、金属元素が窒素、酸素及びリンと配位して錯体が形成されるため、酸素還元特性により優れた還元触媒を作成することができる。使用する金属化合物は特に限定されないが、固体もしくは液体の金属、金属ハロゲン化物、次亜ハロゲン酸金属塩、ハロゲン酸金属塩、過ハロゲン酸金属塩、金属酸化物、金属過酸化物、亜硝酸金属塩、硝酸金属塩、炭酸金属塩、ペルオキソ炭酸金属塩、カルボン酸金属塩、亜硫酸金属塩、金属硫化物、硫酸金属塩、過硫酸金属塩、チオ硫酸金属塩、次亜リン酸金属塩、亜リン酸金属塩、リン酸金属塩、金属水酸化物、無機金属錯体、有機金属錯体、金属有機化合物から少なくとも1つを選択することができる。なお、本明細書中では、上記固体もしくは液体の金属、すなわち金属単体のものも金属化合物という。 When the phosphorus-containing polyaniline of the present invention is mixed with the metal compound containing the catalyst metal and the mixture is calcined, the metal element coordinates with nitrogen, oxygen and phosphorus to form a complex, and thus oxygen reduction. A reduction catalyst having better characteristics can be produced. The metal compound used is not particularly limited, but is a solid or liquid metal, a metal halide, a hypohalogenate metal salt, a halogenate metal salt, a perhalogenate metal salt, a metal oxide, a metal peroxide, or a metal nitrite. Salt, metal nitrate, metal carbonate, peroxometal carbonate, metal carboxylate, metal sulfite, metal sulfide, metal sulfate, metal persulfate, metal thiosulfate, metal hypophosphite, sub At least one can be selected from a metal phosphate metal salt, a metal phosphate metal salt, a metal hydroxide, an inorganic metal complex, an organic metal complex, and a metal organic compound. In the present specification, the solid or liquid metal, that is, a metal alone is also referred to as a metal compound.

これらのうち、取り扱いが容易であること、および水又は有機溶媒への分散性、溶解性の面から、金属ハロゲン化物、次亜ハロゲン酸金属塩、ハロゲン酸金属塩、過ハロゲン酸金属塩、亜硝酸金属塩、硝酸金属塩、炭酸金属塩、カルボン酸金属塩、金属硫化物、亜硫酸金属塩、硫酸金属塩、過硫酸金属塩、チオ硫酸金属塩、次亜リン酸金属塩、亜リン酸金属塩、リン酸金属塩、金属水酸化物、有機金属錯体が好ましい。 Of these, metal halides, hypohalogenate metal salts, halogenate metal salts, perhalogenate metal salts, sub-metal halides, hypohalogenate metal salts, metal halides, from the viewpoint of ease of handling, dispersibility in water or organic solvents, and solubility. Metal nitrate, metal nitrate, metal carbonate, metal carboxylate, metal sulfide, metal sulfite, metal sulfate, metal persulfate, metal thiosulfate, metal hypophosphite, metal phosphite Salts, metal phosphate salts, metal hydroxides and organic metal complexes are preferred.

好ましい金属化合物の具体例としては、以下が挙げられる:
塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、臭化鉄(II)、臭化鉄(III)、硫化鉄(II)、硫化鉄(III)、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)、ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム、シュウ酸鉄(II)、シュウ酸鉄(III)、リン酸鉄(II)、リン酸鉄(III)、フェロセン、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、四酸化三鉄、水酸化鉄(II)、水酸化鉄(III)、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、乳酸鉄(II)、乳酸鉄(III)、鉄(II)アセチルアセトナート、鉄(III)アセチルアセトナート等の鉄化合物;
塩化ニッケル(II)、臭化ニッケル(II)、硫化ニッケル(II)、硫酸ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、シュウ酸ニッケル(II)、リン酸ニッケル(II)、ニッケロセン、酸化ニッケル(II)、水酸化ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、乳酸ニッケル(II)、ニッケル(II)アセチルアセトナート等のニッケル化合物;
塩化クロム(II) 、塩化クロム(III)、臭化クロム(II)、臭化クロム(I
II)、硫化クロム(III)、硫酸クロム(III)、硝酸クロム(III)、シュウ酸クロム(III)、リン酸クロム(III)、酸化クロム(II)、酸化クロム(III)、酸化クロム(IV)、酸化クロム(VI)、水酸化クロム(III)、酢酸クロム(II)、酢酸クロム(III)、乳酸クロム(III)等のクロム化合物;
塩化コバルト(II)、塩化コバルト(III)、臭化コバルト(II)、臭化コバルト(III)、硫化コバルト(II)、硫酸コバルト(II)、硫酸コバルト(III)、硝酸コバルト(II)、硝酸コバルト(III)、シュウ酸コバルト(II)、リン酸コバルト(II)、コバルトセン、酸化コバルト(II)、酸化コバルト(III)、四酸化三コバルト、水酸化コバルト(II)、酢酸コバルト(II)、乳酸コバルト(II)、コバルト(II)アセチルアセトナート、コバルト(III)アセチルアセトナート等のコバルト化合物;
塩化バナジウム(II)、塩化バナジウム(III)、塩化バナジウム(IV)、臭化バナジウム(II)、臭化バナジウム(III)、臭化バナジウム(IV)、硫化バナジウム(III)、硫酸バナジウム(IV)、シュウ酸バナジウム(IV)、バナジウムメタロセン、酸化バナジウム(V)、酢酸バナジウム、クエン酸バナジウム、バナジウム(IV)アセチルアセトナート等のバナジウム化合物;
塩化マンガン(II)、臭化マンガン(II)、硫化マンガン(II)、硫酸マンガン(II)、硝酸マンガン(II)、シュウ酸マンガン(II)、水酸化マンガン(II)、酢酸マンガン(II)、乳酸マンガン(II)、マンガン(II)アセチルアセトナート、マンガン(III)アセチルアセトナート等のマンガン化合物。
Specific examples of preferred metal compounds include:
Iron (II) chloride, iron (III) chloride, iron (II) bromide, iron (III) bromide, iron (II) sulfide, iron (III) sulfide, iron (II) sulfate, iron (III) sulfate, Iron (II) Nitrate, Iron (III) Nitrate, Potassium Hexacyano (II), Potassium Hexacyano (III), Iron (II) Oxide, Iron (III) Sulfate, Iron (II) Phosphate, Phosphorus Iron (III) acid, ferrocene, iron oxide (II), iron (III) oxide, triiron tetroxide, iron (II) hydroxide, iron (III) hydroxide, iron (II) acetate, iron (III) acetate , Iron compounds such as iron (II) lactate, iron (III) lactate, iron (II) acetylacetonate, iron (III) acetylacetonate;
Nickel chloride (II), nickel bromide (II), nickel sulfide (II), nickel sulfate (II), nickel nitrate (II), nickel oxalate (II), nickel phosphate (II), nickelocene, nickel oxide ( Nickel compounds such as II), nickel hydroxide (II), nickel acetate (II), nickel lactate (II), nickel (II) acetylacetonate;
Chromium Chloride (II), Chromium Chloride (III), Chromium Bromide (II), Chromium Bromide (I)
II), chromium sulfide (III), chromium sulfate (III), chromium nitrate (III), chromium oxalate (III), chromium phosphate (III), chromium oxide (II), chromium oxide (III), chromium oxide ( Chromium compounds such as IV), chromium oxide (VI), chromium hydroxide (III), chromium acetate (II), chromium acetate (III), chromium lactate (III);
Cobalt chloride (II), cobalt chloride (III), cobalt bromide (II), cobalt bromide (III), cobalt sulfide (II), cobalt sulfate (II), cobalt sulfate (III), cobalt nitrate (II), Cobalt nitrate (III), cobalt oxalate (II), cobalt phosphate (II), cobaltene, cobalt oxide (II), cobalt oxide (III), tricobalt tetraoxide, cobalt hydroxide (II), cobalt acetate ( Cobalt compounds such as II), cobalt lactate (II), cobalt (II) acetylacetonate, cobalt (III) acetylacetonate;
Vanadium chloride (II), vanadium chloride (III), vanadium chloride (IV), vanadium bromide (II), vanadium bromide (III), vanadium bromide (IV), vanadium sulfide (III), vanadium sulfate (IV) , Vanadium oxalate (IV), vanadium metallocene, vanadium oxide (V), vanadium acetate, vanadium citrate, vanadium (IV) acetylacetonate and other vanadium compounds;
Manganese chloride (II), manganese bromide (II), manganese sulfide (II), manganese sulfate (II), manganese nitrate (II), manganese oxalate (II), manganese hydroxide (II), manganese acetate (II) , Manganese compounds such as manganese lactate (II), manganese (II) acetylacetonate, and manganese (III) acetylacetonate.

これらの化合物の中でも、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)、水酸化鉄(II)、水酸化鉄(III)、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、塩化ニッケル(II)、硫酸ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、水酸化ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、塩化コバルト(II)、塩化コバルト(III)、硫酸コバルト(II)、硫酸コバルト(III)、硝酸コバルト(II)、硝酸コバルト(III)、水酸化コバルト(II)、酢酸コバルト(II)がより好ましく、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、塩化ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、塩化コバルト(II)、塩化コバルト(III)、酢酸コバルト(II)がさらに好ましい。 Among these compounds, iron (II) chloride, iron (III) chloride, iron (II) sulfate, iron (III) sulfate, iron (II) nitrate, iron (III) nitrate, iron (II) hydroxide, water Iron (III) Oxide, Iron (II) Acetate, Iron (III) Acetate, Nickel Chloride (II), Nickel Sulfate (II), Nickel Nitrate (II), Nickel Hydroxide (II), Nickel Acetate (II), Chloride Cobalt (II), cobalt chloride (III), cobalt sulfate (II), cobalt sulfate (III), cobalt nitrate (II), cobalt nitrate (III), cobalt hydroxide (II), cobalt acetate (II) are more preferable. , Iron (II) chloride, Iron (III) chloride, Iron (II) acetate, Iron (III) acetate, Nickel chloride (II), Nickel acetate (II), Cobalt chloride (II), Cobalt chloride (III), Acetate Cobalt (II) is more preferred.

上記金属化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The above metal compounds may be used alone or in combination of two or more.

(酸浸漬)
1つの実施形態においては、本発明の含リンポリアニリンを酸溶液で処理してもよい。本発明の含リンポリアニリンに、酸溶液での処理を行えば、触媒活性の効果をさらに高めた還元触媒を得ることが期待できるためより好ましい。
以下、酸浸漬とは酸溶液による処理を行う工程を示す。
(Acid immersion)
In one embodiment, the phosphorus-containing polyaniline of the present invention may be treated with an acid solution. It is more preferable to treat the phosphorus-containing polyaniline of the present invention with an acid solution because it can be expected to obtain a reduction catalyst having a further enhanced effect of catalytic activity.
Hereinafter, acid immersion refers to a step of performing treatment with an acid solution.

上記の処理方法については特に限定されないが、具体的には、含リンポリアニリンを酸溶液に一定の時間浸すことにより酸浸漬を行うことができる。酸浸漬時に撹拌を行ってよく行わなくてもよく、撹拌を行う場合には手で軽く振り混ぜてもよく、強く振り混ぜてもよく、回転子を使ってもよく、撹拌棒を使ってもよく、また、撹拌の代わりの動作として、酸溶液を加熱し還流を行う動作、酸溶液に超音波照射を行う動作、酸溶液にマイクロ波照射を行う動作を行ってもよい。 The above treatment method is not particularly limited, but specifically, acid immersion can be performed by immersing phosphorus-containing polyaniline in an acid solution for a certain period of time. It is not necessary to stir well during acid immersion, and when stirring, it may be shaken lightly by hand, strongly shaken, a rotor may be used, or a stirring rod may be used. Often, as an operation instead of stirring, an operation of heating the acid solution to perform reflux, an operation of irradiating the acid solution with ultrasonic waves, and an operation of irradiating the acid solution with microwaves may be performed.

酸浸漬を行う際の温度については特に限定されるものではなく、溶液の融点以上沸点以下の温度範囲内にて任意で酸浸漬を行うことができる。触媒活性を高めるために高温で酸浸漬を行ってもよく、また、低温で酸浸漬を行っても触媒活性を高めることができる。上記温度の範囲内であれば一定の温度にて酸浸漬を行ってもよく、酸浸漬の最中に加熱及び冷却を行ってもよい。 The temperature at which the acid immersion is performed is not particularly limited, and the acid immersion can be arbitrarily performed within a temperature range equal to or higher than the melting point of the solution and lower than the boiling point. Acid immersion may be performed at a high temperature in order to increase the catalytic activity, and acid immersion at a low temperature can also enhance the catalytic activity. Acid immersion may be performed at a constant temperature as long as it is within the above temperature range, and heating and cooling may be performed during acid immersion.

酸の濃度については特に限定されないが、取り扱いが容易であることと、含リンポリアニリンの分解を抑制するために希釈された酸を用いるのが好ましい。具体的には、20mol/L以下、10mol/L以下、5mol/L以下、または1mol/L以下の濃度のものを使用することができ、また0.0001mol/L以上、0.0005mol/L以上、0.001mol/L以上、0.005mol/L以上、0.01mol/L以上、または0.05mol/L以上の濃度のものを使用することができ、10mol/L以下、5mol/L以下、または1mol/L以下、あるいは0.001mol/L以上、0.005mol/L以上、0.01mol/L以上、または0.05mol/L以上が好ましく、5mol/L以下、または1mol/L以下、あるいは0.01mol/L以上、または0.05mol/L以上がより好ましい。 The concentration of the acid is not particularly limited, but it is preferable to use a diluted acid in order to be easy to handle and to suppress the decomposition of phosphorus-containing polyaniline. Specifically, those having a concentration of 20 mol / L or less, 10 mol / L or less, 5 mol / L or less, or 1 mol / L or less can be used, and 0.0001 mol / L or more and 0.0005 mol / L or more. , 0.001 mol / L or more, 0.005 mol / L or more, 0.01 mol / L or more, or 0.05 mol / L or more can be used, and 10 mol / L or less, 5 mol / L or less, Alternatively, 1 mol / L or less, 0.001 mol / L or more, 0.005 mol / L or more, 0.01 mol / L or more, or 0.05 mol / L or more is preferable, and 5 mol / L or less, or 1 mol / L or less, or More preferably, it is 0.01 mol / L or more, or 0.05 mol / L or more.

酸溶液として使用する酸の種類については特に限定されず、公知の無機酸及びカルボン酸、イオン交換樹脂を使用することができる。具体的には、塩酸、亜硝酸、硝酸、亜硫酸、硫酸、チオ硫酸、次亜リン酸、亜リン酸、リン酸などの無機酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、安息香酸、ベンゼンスルホン酸、サリチル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などのカルボン酸、強酸性陽イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂などのイオン交換樹脂を使用することができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上併用して用いてもよい。 The type of acid used as the acid solution is not particularly limited, and known inorganic acids, carboxylic acids, and ion exchange resins can be used. Specifically, inorganic acids such as hydrochloric acid, nitrite, nitrate, sulfite, sulfuric acid, thiosulfate, hypophosphoric acid, phosphite, phosphoric acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid. , Capricic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, benzoic acid, benzenesulfonic acid, salicylic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid and other carboxylic acids, strongly acidic cation exchange resin, weakly acidic An ion exchange resin such as a cation exchange resin can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

酸溶液として使用する溶媒の種類については特に限定されないが、水、プロトン性有機溶媒、非プロトン性有機溶媒を使用することができる。プロトン性有機溶媒としてメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどを選択することができ、非プロトン性有機溶媒として、アセトン、エチルメチルケトン、アセチルアセトン、2,5−ヘキサンジオン、ジアセチル、テトラヒドロフラン、1,4−ヘキサンジオール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどを選択することができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The type of solvent used as the acid solution is not particularly limited, but water, a protic and aprotic organic solvent, and an aprotic organic solvent can be used. Methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, tert-butyl alcohol and the like can be selected as the protic organic solvent, and acetone, ethyl methyl ketone and acetyl acetone can be selected as the aprotic organic solvent. , 2,5-Hexanedione, diacetyl, tetrahydrofuran, 1,4-hexanediol, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylsulfoxide and the like can be selected. These may be used alone or in combination of two or more.

酸浸漬を行う時間は特に限定されるものではなく、10分以上、30分以上、1時間以上、2時間以上、4時間以上、または6時間以上とすることができる。また、必要に応じて、10時間以下、8時間以下、6時間以下、4時間以下、2時間以下、または1時間以下であってもよい。 The time for acid immersion is not particularly limited, and may be 10 minutes or more, 30 minutes or more, 1 hour or more, 2 hours or more, 4 hours or more, or 6 hours or more. Further, if necessary, it may be 10 hours or less, 8 hours or less, 6 hours or less, 4 hours or less, 2 hours or less, or 1 hour or less.

酸浸漬を行う前後に、水による洗浄を行ってもよい。水による含リンポリアニリンの洗浄方法は上述の処理方法、温度、時間にて行うことができる。水による洗浄を行わなくても高い触媒活性の還元触媒を得ることができるが、水による洗浄を行うことで含リンポリアニリン表面に残った余分な酸やイオン成分を除去することができるため好ましい。洗浄に用いる水は特に限定されないが、上述の理由から脱イオン水を用いることが洗浄効果が高いため好ましい。水による洗浄は、酸浸漬を行った後に行うのが好ましい。 Before and after the acid immersion, washing with water may be performed. The method for washing the phosphorus-containing polyaniline with water can be carried out by the above-mentioned treatment method, temperature and time. A reduction catalyst having high catalytic activity can be obtained without washing with water, but washing with water is preferable because excess acid and ionic components remaining on the surface of phosphorus-containing polyaniline can be removed. The water used for cleaning is not particularly limited, but it is preferable to use deionized water for the above-mentioned reasons because the cleaning effect is high. Cleaning with water is preferably performed after acid immersion.

上記酸溶液及び水の両液体は、酸浸漬及び洗浄終了後に公知の方法で除去することができる。具体的な方法として、濾紙を敷いたブフナー漏斗を用い吸引濾過法により除去する方法、真空乾燥により除去する方法、液体を静置して上澄みを除去する方法などを用いることができる。酸浸漬及び水による洗浄を行う回数は特に制限されず、必要に応じて酸浸漬及び洗浄終了後に液体を除去する動作を省略してもよい。
上記の方法により液体を除去した後に、必要に応じて、含リンポリアニリンの乾燥を行うことができる。乾燥には公知の方法を使用することができ、具体的には、液体の沸点前後の温度環境に晒す方法、密閉容器中にいれ真空状態にして乾燥させる方法及びこれらを組み合わせる方法がある。また、液体を除去した後に焼成を行うことによっても乾燥を行うことができる。
Both the acid solution and the water liquid can be removed by a known method after the acid immersion and washing are completed. As a specific method, a method of removing by suction filtration using a Büchner funnel lined with filter paper, a method of removing by vacuum drying, a method of allowing the liquid to stand still, and a method of removing the supernatant can be used. The number of times of acid immersion and washing with water is not particularly limited, and if necessary, the operation of removing the liquid after the acid immersion and cleaning may be omitted.
After removing the liquid by the above method, the phosphorus-containing polyaniline can be dried, if necessary. A known method can be used for drying, and specifically, there are a method of exposing the liquid to a temperature environment around the boiling point of the liquid, a method of putting the liquid in a closed container and drying it in a vacuum state, and a method of combining these. Drying can also be performed by firing after removing the liquid.

(焼成)
本発明の触媒を製造する際に、ポリアニリンを焼成する方法としては、従来公知の任意の方法を採用することができる。また、本発明の触媒にビピリジン化合物または金属化合物を含有させる場合には、その化合物を焼成前に添加することが好ましい。
(Baking)
When producing the catalyst of the present invention, any conventionally known method can be adopted as a method for calcining polyaniline. When the catalyst of the present invention contains a bipyridine compound or a metal compound, it is preferable to add the compound before firing.

本発明のポリアニリンを焼成する際の雰囲気は、非酸化雰囲気が好ましく、特にアルゴン雰囲気が好ましい。焼成の温度は、600〜1200℃が好ましく、700〜1100℃がより好ましい。酸浸漬を行う含リンポリアニリンは焼成前であってもよく、一回以上の焼成を行った含リンポリアニリン焼成体であってもよい。 The atmosphere for firing the polyaniline of the present invention is preferably a non-oxidizing atmosphere, and particularly preferably an argon atmosphere. The firing temperature is preferably 600 to 1200 ° C, more preferably 700 to 1100 ° C. The phosphorus-containing polyaniline to be acid-immersed may be before firing, or may be a phosphorus-containing polyaniline fired body that has been fired one or more times.

焼成を行う時間は特に限定されるものではなく、30秒以上、1分以上、3分以上、5分以上、10分以上、30分以上、1時間以上、2時間以上、4時間以上、または6時間以上とすることができる。また、必要に応じて、10時間以下、8時間以下、6時間以下、4時間以下、2時間以下、1時間以下、または30分以下であってもよい。焼成の時間が長すぎると焼成体の回収量が少なくなって、焼成体の回収が困難になる場合がある。 The firing time is not particularly limited, and is 30 seconds or more, 1 minute or more, 3 minutes or more, 5 minutes or more, 10 minutes or more, 30 minutes or more, 1 hour or more, 2 hours or more, 4 hours or more, or It can be 6 hours or more. Further, if necessary, it may be 10 hours or less, 8 hours or less, 6 hours or less, 4 hours or less, 2 hours or less, 1 hour or less, or 30 minutes or less. If the firing time is too long, the amount of the fired body recovered may be small, and it may be difficult to recover the fired body.

1つの好ましい実施形態によれば、含リンポリアニリンが一定の炭化度になるまで焼成を行うことが好ましく、そのような状態になるまでの時間を焼成時間として設定することが好ましい。例えば、好ましい実施形態においては、熱分解によりポリアニリンの重量がある程度減少するまで焼成を行うことができる。ポリアニリンの重量減少率は適宜選択することができる。例えば、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、または90%以上から選択することが可能である。また、重量減少率を95%以下、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、または70%以下に設計することが可能である。例えば、一つの好ましい実施形態においては、900℃で5分間焼成した場合と同程度に熱分解するまで焼成を行うことができる。 According to one preferred embodiment, it is preferable to perform firing until the phosphorus-containing polyaniline reaches a certain carbonization degree, and it is preferable to set the time until such a state is reached as the firing time. For example, in a preferred embodiment, firing can be carried out until the weight of the polyaniline is reduced to some extent by thermal decomposition. The weight loss rate of polyaniline can be appropriately selected. For example, it is possible to select from 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more. Further, the weight loss rate can be designed to be 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, or 70% or less. For example, in one preferred embodiment, firing can be carried out until thermal decomposition is similar to that of firing at 900 ° C. for 5 minutes.

ここで、重量減少率は、(重量減少率)=(分子)÷(分母)×100の式に基づいて計算する。分子と分母は以下のとおりである。
(分子):重量減少量
(分母):焼成前のポリアニリンと添加物(金属塩やビピリジン化合物)の重量合計(但し、溶媒は除く)。
(重量減少率(%))=
(1−(焼成後の焼成体の重量)/(焼成前のポリアニリンと添加物(金属塩やビピリジン化合物)の重量合計(但し、溶媒は除く)))×100
焼成を行う装置は特に限定されない。加熱の際にある程度密閉できる装置が好ましい。ある程度密閉できれば、その内部を好ましい雰囲気(例えば、非酸化雰囲気)に維持しやすいので好ましい。従来公知のオーブンなどを使用することができる。例えば、電気炉などが使用可能である。ただし、電気炉内で熱分解反応が起こることにより、装置内の圧力が急激に増大する場合があり得るため、そのような場合に圧力が解放できる装置が好ましい。例えば、密閉された反応器に吸気口と排気口を取り付けて、その吸気口と排気口から非酸化雰囲気を維持するためのガス(例えば、アルゴンガス)をフローさせて内部の非酸化雰囲気を維持しながら、圧力増大の際にはその吸気口または排気口から圧力を逃がすことができる装置が好ましい。
Here, the weight loss rate is calculated based on the formula (weight loss rate) = (numerator) ÷ (denominator) × 100. The numerator and denominator are as follows.
(Numerator): Weight loss (denominator): Total weight of polyaniline and additives (metal salts and bipyridine compounds) before firing (however, solvent is excluded).
(Weight reduction rate (%)) =
(1- (Weight of fired body after firing) / (Total weight of polyaniline and additives (metal salt and bipyridine compound) before firing (excluding solvent))) x 100
The apparatus for firing is not particularly limited. A device that can be sealed to some extent during heating is preferable. If it can be sealed to some extent, it is preferable because it is easy to maintain the inside in a preferable atmosphere (for example, a non-oxidizing atmosphere). A conventionally known oven or the like can be used. For example, an electric furnace can be used. However, since the pressure in the apparatus may increase rapidly due to the thermal decomposition reaction occurring in the electric furnace, an apparatus capable of releasing the pressure in such a case is preferable. For example, an intake port and an exhaust port are attached to a closed reactor, and a gas (for example, argon gas) for maintaining a non-oxidizing atmosphere is flowed from the intake port and the exhaust port to maintain the internal non-oxidizing atmosphere. However, a device capable of releasing the pressure from the intake port or the exhaust port when the pressure increases is preferable.

(粉砕)
含リンポリアニリン及び含リンポリアニリン焼成体は酸浸漬を行う際に前処理及び後処理を行ってもよく、また行わなくてもよい。前処理及び後処理の方法としては特に限定されないが、含リンポリアニリン及び含リンポリアニリン焼成体を粉砕することが挙げられる。粉砕方法は、具体的に、乳鉢に含リンポリアニリン及び含リンポリアニリン焼成体を入れ乳棒ですり潰すことで粉砕を行う方法、ねじ口試験管に入れて丸底ガラス棒ですり潰すことで粉砕を行う方法、ボールミル、ジェットミル、気流粉砕機など粉砕機に入れて粉砕を行う方法などを使用することができる。
(Crushing)
The phosphorus-containing polyaniline and the phosphorus-containing polyaniline fired product may or may not be pretreated and post-treated when the acid immersion is performed. The method of pretreatment and posttreatment is not particularly limited, and examples thereof include pulverizing a phosphorus-containing polyaniline-containing and a phosphorus-containing polyaniline-containing calcined product. Specifically, the crushing method is a method of crushing by putting a phosphorus-containing polyaniline and a phosphorus-containing polyaniline fired body in a mortar and crushing with a pestle, and crushing by putting in a screw cap test tube and crushing with a round bottom glass rod. A method of crushing by putting it in a crusher such as a ball mill, a jet mill, or an air flow crusher can be used.

粉砕による前処理及び後処理を行わなくとも、本発明の還元触媒は高い酸素還元活性を示すが、粉砕による前処理及び後処理を行うことで、含リンポリアニリン及び含リンポリアニリン焼成体の粒径が小さくなり表面積が向上することから、酸浸漬による触媒活性の効果をより高めることができるためより好ましい。 The reduction catalyst of the present invention exhibits high oxygen reduction activity without pretreatment and posttreatment by pulverization, but by performing pretreatment and posttreatment by pulverization, the particle size of the phosphorus-containing polyaniline and the phosphorus-containing polyaniline fired product is obtained. Is smaller and the surface area is improved, which is more preferable because the effect of catalytic activity by acid immersion can be further enhanced.

本発明の含リンポリアニリンから酸素還元活性の高い還元触媒を得るために行う工程として、ビピリジン化合物の添加、触媒金属の添加、酸浸漬、焼成、粉砕の各工程の実施形態を挙げた。これら工程は必要に応じて少なくとも1つ以上行えばよく、また、ビピリジン化合物の添加、触媒金属の添加、酸浸漬、水による洗浄の各工程から少なくとも2つ以上を選択して同時に行ってもよい。これら工程の順番は特に限定されないが、工程の最終段階に焼成工程及び粉砕工程を選択することで、より酸素還元活性の高い還元触媒を得ることができるためより好ましい。また、焼成の工程は2回以上行ってもよく、この場合は、金属化合物又はビピリジン化合物を添加する段階は、1回目の焼成工程の前の段階で行うのが好ましい。また、焼成の工程を2回以上行う場合においても、工程の最終段階に焼成工程を行うことが好ましく、その後必要に応じて粉砕工程を行うことがより好ましい。さらに好ましい工程としては、最後の焼成工程の後に粉砕工程を行うことである。 As the steps to be performed to obtain a reduction catalyst having high oxygen reduction activity from the phosphorus-containing polyaniline of the present invention, embodiments of each step of addition of a bipyridine compound, addition of a catalytic metal, acid immersion, firing, and pulverization have been mentioned. At least one or more of these steps may be performed as required, and at least two or more of these steps may be selected from the steps of adding the bipyridine compound, adding the catalyst metal, soaking in acid, and washing with water and performing at the same time. .. The order of these steps is not particularly limited, but it is more preferable to select the firing step and the pulverization step at the final stage of the steps because a reduction catalyst having higher oxygen reduction activity can be obtained. Further, the firing step may be performed twice or more, and in this case, the step of adding the metal compound or the bipyridine compound is preferably performed before the first firing step. Further, even when the firing step is performed twice or more, it is preferable to perform the firing step at the final stage of the step, and it is more preferable to perform the crushing step after that as necessary. A more preferable step is to carry out a pulverization step after the final firing step.

具体的な工程の順番としては、
1.粉砕工程→ビピリジン化合物の添加工程→焼成工程
2.酸浸漬工程→金属化合物とビピリジン化合物の添加工程→焼成工程
3.金属化合物の添加工程→焼成工程
4.金属化合物の添加工程→焼成工程→酸浸漬工程→焼成工程→粉砕工程、
5.酸浸漬と金属化合物の添加の工程→焼成工程→粉砕工程
などが挙げられる。
As a specific process order,
1. 1. Crushing process → Addition of bipyridine compound → Baking process 2. Acid immersion step → Addition step of metal compound and bipyridine compound → Firing step 3. Metal compound addition process → firing process 4. Metal compound addition process → firing process → acid immersion process → firing process → crushing process,
5. Examples thereof include a step of acid immersion and addition of a metal compound → a firing step → a crushing step.

以上のようにして製造した本発明にかかる触媒は、酸素還元特性を有し、白金等の触媒金属を使用せずに燃料電池用正極触媒として使用することができる。また、本発明にかかるバインダーは、ポリアニリンが優れたプロトン伝導性を示すので燃料電池用材料として使用することができる。さらに本発明のバインダーは、導電性(電気伝導性)も持ち合わせているので、燃料電池用バインダーとして好適に使用できる。 The catalyst according to the present invention produced as described above has oxygen reduction characteristics and can be used as a positive electrode catalyst for a fuel cell without using a catalyst metal such as platinum. Further, the binder according to the present invention can be used as a material for a fuel cell because polyaniline exhibits excellent proton conductivity. Further, since the binder of the present invention also has conductivity (electrical conductivity), it can be suitably used as a binder for a fuel cell.

(電池の製造方法)
本発明の触媒を用いた電池の製造方法は特に限定されない。PEFCの製造方法として従来公知の各種方法が使用可能である。例えば、触媒をバインダーと混合して電極層を形成し、これを正極または負極として用いて、電池の他の部材と組み合わせて電池を形成することができる。
(Battery manufacturing method)
The method for manufacturing a battery using the catalyst of the present invention is not particularly limited. Various conventionally known methods can be used as a method for producing PEFC. For example, a catalyst can be mixed with a binder to form an electrode layer, which can be used as a positive electrode or a negative electrode and combined with other members of the battery to form a battery.

電極層の形成の際には、例えば、ナフィオン等のバインダーおよび必要に応じて溶媒を用いてバインダー液を調製しておき、そのバインダー液に、上述した方法で調製した触媒を添加して触媒インクを調製し、この触媒インクを基材の上に塗布して乾燥させるなどの方法が可能である。 When forming the electrode layer, for example, a binder solution is prepared using a binder such as Nafion and, if necessary, a solvent, and the catalyst prepared by the above method is added to the binder solution to prepare a catalyst ink. Is available, and the catalyst ink is applied onto a base material and dried.

本発明のバインダーを用いて触媒層を形成する場合、その触媒としては、従来公知の触媒を使用することができる。 When the catalyst layer is formed using the binder of the present invention, a conventionally known catalyst can be used as the catalyst.

本発明のバインダーを正極触媒層に用いる場合、触媒は、例えば、触媒金属および触媒担体から構成される粒子からなる酸素還元触媒である。触媒金属としては例えば、白金、金、銅、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、レニウム、およびこれらのうちの2種類以上の合金が使用可能である。触媒担体としては、例えば炭素(例えば、カーボンブラック)等が使用可能である。 When the binder of the present invention is used for the positive electrode catalyst layer, the catalyst is, for example, an oxygen reduction catalyst composed of particles composed of a catalyst metal and a catalyst carrier. As the catalyst metal, for example, platinum, gold, copper, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, osmium, renium, and two or more alloys thereof can be used. As the catalyst carrier, for example, carbon (for example, carbon black) or the like can be used.

本発明のバインダーを負極触媒層に用いる場合、触媒は、例えば、触媒金属および触媒担体から構成される粒子からなる、水素のイオン化を促進する触媒である。触媒金属としては例えば、白金、金、銅、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、レニウム、およびこれらのうちの2種類以上の合金が使用可能である。触媒担体としては、例えば炭素(例えば、カーボンブラック)等が使用可能である。 When the binder of the present invention is used for the negative electrode catalyst layer, the catalyst is, for example, a catalyst composed of particles composed of a catalyst metal and a catalyst carrier, which promotes hydrogen ionization. As the catalyst metal, for example, platinum, gold, copper, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, osmium, renium, and two or more alloys thereof can be used. As the catalyst carrier, for example, carbon (for example, carbon black) or the like can be used.

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定される訳ではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[電気化学測定]
(装置)
以下の実施例で試料の焼成に用いた電気炉はFULL−TECH製FT−01Xである。酸素還元反応の活性評価に関するデータは、電圧制御装置を用いて作用電極の電位を変化させ、電流変化を記録することできるビー・エー・エス製電気化学アナライザーALS608E型および酸素還元反応の電極活性を解析する回転リングディスク電極装置RRDE−3Aを用いて測定した。
[Electrochemical measurement]
(apparatus)
The electric furnace used for firing the sample in the following examples is FT-01X manufactured by FULL-TECH. The data on the activity evaluation of the oxygen reduction reaction can be found on the BAS electrochemical analyzer ALS608E, which can record the current change by changing the potential of the working electrode using a voltage controller, and the electrode activity of the oxygen reduction reaction. The measurement was performed using the rotating ring disk electrode device RRDE-3A to be analyzed.

(電極)
電解液には酸素飽和させた0.1Mリン酸水溶液を、参照電極には銀/塩化銀(3M NaCl)電極を、対極には白金電極を、作用電極にはグラッシーカーボンディスク電極(外径12mmのうち、電極部の直径3mmまたは4mm)を用いた。
(electrode)
An oxygen-saturated 0.1 M phosphoric acid aqueous solution is used as the electrolytic solution, a silver / silver chloride (3M NaCl) electrode is used as the reference electrode, a platinum electrode is used as the counter electrode, and a glassy carbon disk electrode (outer diameter 12 mm) is used as the working electrode. Of these, the diameter of the electrode portion (3 mm or 4 mm) was used.

(ナフィオンバインダー液の調製)
触媒インクの調製に用いたナフィオンバインダー液は、以下の手順で調製した。まず、5wt%ナフィオン分散液(シグマアルドリッチ製、527084−25ML)595μL(ナフィオン相当量:27.5mg)に体積比15/16の脱イオン水/イソプロパノール混合液を加えてナフィオンバインダー液を25mL調製した。
(Preparation of Nafion binder solution)
The Nafion binder solution used for preparing the catalyst ink was prepared by the following procedure. First, 25 mL of a Nafion binder solution was prepared by adding 595 μL (Nafion equivalent amount: 27.5 mg) of a 5 wt% Nafion dispersion (manufactured by Sigma-Aldrich, 527084-25ML) to a deionized water / isopropanol mixed solution having a volume ratio of 15/16. ..

(触媒インクの調製)
各実施例においてそれぞれ記載しているとおりに触媒インクを調製した。なお、触媒インクの調製に使用したディスク電極としては、前もって研磨用アルミナ(直径0.05μm)で十分に研磨し、脱イオン水でよく濯いでおいたディスク電極を用いた。
(Preparation of catalyst ink)
Catalyst inks were prepared as described in each example. As the disc electrode used for preparing the catalyst ink, a disc electrode that had been sufficiently polished with polishing alumina (diameter 0.05 μm) and rinsed well with deionized water was used.

(測定方法)
回転リングディスク電極装置によって本ディスク電極を1600rpmで回転させながら、電気化学アナライザーを用いて5mV/sの速度で負方向に電位掃引を行い、作用電極に流れる電流値を記録した。なお、還元電流は負方向にとってある。また、比較データとして、ディスク電極に触媒インクを塗布せずに測定したデータをブランクとして各図に示した。
(Measuring method)
While rotating the disk electrode at 1600 rpm with a rotating ring disk electrode device, the potential was swept in the negative direction at a speed of 5 mV / s using an electrochemical analyzer, and the value of the current flowing through the working electrode was recorded. The reduction current is in the negative direction. Further, as comparative data, the data measured without applying the catalyst ink to the disc electrode is shown in each figure as a blank.

(合成例1)
(ポリ(2−メトキシアニリン−5−ホスホン酸)(以下、PMAPと表記する)の合成)
PMAPは国際公開WO2014/167818を参考に、下記スキームに従って合成した。
(Synthesis Example 1)
(Synthesis of poly (2-methoxyaniline-5-phosphonic acid) (hereinafter referred to as PMAP))
PMAP was synthesized according to the following scheme with reference to the international publication WO2014 / 167818.

(1A)化合物(6)の合成
フラスコ内を乾燥後、窒素雰囲気下において4−ブロモ−2−ニトロアニソール804mg(3.47mmol)、NaCO405mg(3.82mmol)、Pd(OAc)78mg(0.35mmol)、ジエチルホスファイト0.9mL(6.99mmol)、キシレン3mLを入れた。混合物を120℃で24時間撹拌し、室温に冷却後、固形物をセライトでろ別し、濾滓をCHClで洗浄した。得られたろ液と濾滓の洗浄液を混合し、溶媒留去した後、カラムクロマトグラフィーで精製し、807mgの黄色液体を得た。その後、残留しているジエチルホスファイトを留去するためクーゲルロール蒸留(100℃/133Pa×30分)を行い、黄色液体の目的化合物の4−メトキシ−3−ニトロフェニルホスホン酸ジエチル689mg(2.38mmol,収率69%)を得た。
(1A) Synthesis of compound (6) After drying the inside of the flask, 4-bromo-2-nitroanisole 804 mg (3.47 mmol), Na 2 CO 3 405 mg (3.82 mmol), Pd (OAc) 2 under a nitrogen atmosphere. 78 mg (0.35 mmol), 0.9 mL (6.99 mmol) of diethyl phosphite, and 3 mL of xylene were added. The mixture was stirred at 120 ° C. for 24 hours, cooled to room temperature, the solids were filtered off with Celite, and the slag was washed with CH 2 Cl 2. The obtained filtrate and the washing liquid of the filter slag were mixed, the solvent was distilled off, and then the mixture was purified by column chromatography to obtain 807 mg of a yellow liquid. Then, Kugelrohr distillation (100 ° C./133Pa × 30 minutes) was carried out to distill off the remaining diethyl phosphite, and 689 mg of diethyl 4-methoxy-3-nitrophenylphosphonate (2. 38 mmol, yield 69%) was obtained.

(1B)化合物(7)の合成
フラスコ内を乾燥後、窒素雰囲気下において4−メトキシ−3−ニトロフェニルホスホン酸ジエチル1.14g(3.9mmol)、メタノール5mLを加え、5%Pd−C88mg(C中Pdを5wt%含有)を加えた後、室温で攪拌し、系内を水素雰囲気下にした。4.5時間後、さらに5%Pd−Cを加えて2時間室温で撹拌し、反応を終了させた。得られた反応混合物をセライトを用いてろ別し、ろ液を溶媒留去したところ、830mgの茶色液体3−アミノ−4−メトキシフェニルホスホン酸ジエチルを得た。次に、35%塩酸5mL(60mmol)を加え、90℃を15時間保持し、反応を終了させた。得られた反応混合物の溶媒を留去し、固形物を133Paの減圧下、室温で乾燥し、672mg(2.80mmol,2−step収率72%)の目的化合物の3−アミノ−4−メトキシフェニルホスホン酸塩酸塩の固体を得た。これ以上の精製はせずにそのまま次の反応に用いた。
(1B) Synthesis of compound (7) After drying the inside of the flask, 1.14 g (3.9 mmol) of diethyl 4-methoxy-3-nitrophenylphosphonate and 5 mL of methanol were added under a nitrogen atmosphere, and 5% Pd-C 88 mg (8 mg) ( After adding (containing 5 wt% of Pd in C), the mixture was stirred at room temperature to bring the inside of the system into a hydrogen atmosphere. After 4.5 hours, 5% Pd-C was further added and the mixture was stirred for 2 hours at room temperature to terminate the reaction. The obtained reaction mixture was filtered off with Celite, and the filtrate was evaporated to give 830 mg of a brown liquid, diethyl 3-amino-4-methoxyphenylphosphonate. Next, 5 mL (60 mmol) of 35% hydrochloric acid was added, and the mixture was kept at 90 ° C. for 15 hours to terminate the reaction. The solvent of the obtained reaction mixture was distilled off, and the solid was dried under reduced pressure of 133 Pa at room temperature to 672 mg (2.80 mmol, 2-step yield 72%) of 3-amino-4-methoxy of the target compound. A solid of phenylphosphonate was obtained. It was used as it was in the next reaction without further purification.

(1C)化合物(8)の合成
フラスコに3−アミノ−4−メトキシフェニルホスホン酸塩酸塩150mg(0.63mmol)、水1.48mLを入れ、1M−NH水溶液2.96mL(2.96mmol)を加え、3℃まで冷却後、1.25M−(NH水溶液0.74mL(0.93mmol)を30分間で滴下した。得られた混合物をさらに3℃で24時間撹拌し、反応を終了させた。得られた反応物をアセトン50mLに加え固体を析出させ、さらに室温で30分攪拌した。桐山ろうとで固体をろ別し、メタノール数mLで洗浄した。得られた固形物を133Paの減圧下、40℃で乾燥し、目的化合物の緑色固体184mgを得た。
(1C) Synthesis of compound (8) 150 mg (0.63 mmol) of 3-amino-4-methoxyphenylphosphonate salt salt and 1.48 mL of water were placed in a flask, and 2.96 mL (2.96 mmol) of a 1M-NH 3 aqueous solution was placed. After cooling to 3 ° C., 0.74 mL (0.93 mmol) of a 1.25 M- (NH 4 ) 2 S 2 O 8 aqueous solution was added dropwise over 30 minutes. The resulting mixture was further stirred at 3 ° C. for 24 hours to terminate the reaction. The obtained reaction product was added to 50 mL of acetone to precipitate a solid, and the mixture was further stirred at room temperature for 30 minutes. The solid was filtered off with Kiriyama wax and washed with a few mL of methanol. The obtained solid was dried at 40 ° C. under a reduced pressure of 133 Pa to obtain 184 mg of a green solid of the target compound.

(PMAPをバインダーとして用いた例)
(実施例1)
PMAPをナフィオンの代わりにバインダーとして使用可能かどうかを調べるため、市販の白金担持炭素を触媒として酸素還元反応の活性評価を行った。まず、合成例1で合成したPMAP1.1mgを5.6Mピリジン水溶液48μLに懸濁させ、脱イオン水を加えてPMAP/ピリジンバインダー液を1mL調製した。ここでピリジンは、PMAPをよく分散させるために、PMAPのモノマー単位に対して0.5当量添加された。調製したバインダー液から40μLを取り、これをPt/C(C中Ptを10wt%含有、以下、Pt/C(10wt%)と表記する)粉末2.4mg、およびイソプロパノール50μLと混合し、その後、脱イオン水を加えて1mLとした。得られた混合物に3.5時間超音波照射を行うことによって、触媒インクを調製した。次に、触媒インクから3μLを取り、これをディスク電極に塗布して自然乾燥させて測定サンプルを作製し、その後、酸素還元反応の活性評価を行った。なお、Pt/C(10wt%)およびPMAPの担持量は、それぞれ51μg/cmおよび2μg/cmであった。
(Example of using PMAP as a binder)
(Example 1)
In order to investigate whether PMAP can be used as a binder instead of Nafion, the activity of the oxygen reduction reaction was evaluated using a commercially available platinum-supported carbon as a catalyst. First, 1.1 mg of PMAP synthesized in Synthesis Example 1 was suspended in 48 μL of a 5.6 M pyridine aqueous solution, and deionized water was added to prepare 1 mL of PMAP / pyridine binder solution. Here, pyridine was added in an amount of 0.5 equivalent to the monomer unit of PMAP in order to disperse PMAP well. 40 μL is taken from the prepared binder solution, and this is mixed with 2.4 mg of Pt / C (containing 10 wt% of Pt in C, hereinafter referred to as Pt / C (10 wt%)) powder and 50 μL of isopropanol, and then mixed. Deionized water was added to make 1 mL. A catalyst ink was prepared by irradiating the obtained mixture with ultrasonic waves for 3.5 hours. Next, 3 μL was taken from the catalyst ink, which was applied to a disk electrode and air-dried to prepare a measurement sample, and then the activity of the oxygen reduction reaction was evaluated. Incidentally, Pt / C (10wt%) and the supported amount of PMAP was respectively 51μg / cm 2 and 2 [mu] g / cm 2.

(比較例1)
ナフィオンバインダー液40μLを取り、これをPt/C(10wt%)粉末2.4mgおよびイソプロパノール50μLと混合し、その後、脱イオン水を加えて1mLとした。得られた混合物に3.5時間超音波照射を行うことによって、触媒インクを調製した。次に、触媒インクから1.5μLを取り、これをディスク電極に塗布して自然乾燥させて測定サンプルを作製し、その後、酸素還元反応の活性評価を行った。なお、Pt/C(10wt%)およびナフィオンの担持量は、それぞれ51μg/cmおよび1μg/cmであった。
(Comparative Example 1)
40 μL of Nafion binder solution was taken, mixed with 2.4 mg of Pt / C (10 wt%) powder and 50 μL of isopropanol, and then deionized water was added to make 1 mL. A catalyst ink was prepared by irradiating the obtained mixture with ultrasonic waves for 3.5 hours. Next, 1.5 μL was taken from the catalyst ink, which was applied to a disk electrode and air-dried to prepare a measurement sample, and then the activity of the oxygen reduction reaction was evaluated. Incidentally, Pt / C (10wt%) and the supported amount of Nafion was respectively 51μg / cm 2 and 1 [mu] g / cm 2.

[各バインダーの酸素還元反応活性評価]
酸素還元反応活性評価を「電気化学測定」に記載した測定方法により行った。その結果を図1に記す。測定の結果、PMAPはナフィオンと同等のバインダー性能を示すことがわかった。
[Evaluation of oxygen reduction reaction activity of each binder]
The oxygen reduction reaction activity was evaluated by the measurement method described in "Electrochemical measurement". The result is shown in FIG. As a result of the measurement, it was found that PMAP showed the same binder performance as Nafion.

(PMAP焼成体を触媒として用いた例)
(実施例2)
[PMAP焼成体の合成]
ムライトるつぼ(5mL)に合成例1で合成したPMAP20.0mgを入れて蓋をし、電気炉に入れてアルゴン気流下で焼成を行った。アルゴンガスフロー開始の5分後から100℃/minの速度で昇温を行い、700℃、800℃あるいは900℃に達してから5分間保持した。その後、加熱を止めて電気炉を冷まし、光沢のある灰色固体をそれぞれ11.8mg、10.2mg、5.7mg得た。以下、これらの試料をそれぞれPMAP700、PMAP800およびPMAP900と略記する。
(Example using PMAP fired body as a catalyst)
(Example 2)
[Synthesis of PMAP fired body]
20.0 mg of PMAP synthesized in Synthesis Example 1 was placed in a mullite crucible (5 mL), covered, placed in an electric furnace, and fired under an argon air stream. The temperature was raised at a rate of 100 ° C./min from 5 minutes after the start of the argon gas flow, and held for 5 minutes after reaching 700 ° C., 800 ° C. or 900 ° C. Then, the heating was stopped and the electric furnace was cooled to obtain 11.8 mg, 10.2 mg, and 5.7 mg of glossy gray solids, respectively. Hereinafter, these samples will be abbreviated as PMAP700, PMAP800 and PMAP900, respectively.

[PMAP焼成体の酸素還元反応活性評価]
上記の方法で合成したPMAP焼成体(PMAP700、PMAP800、PMAP900)について、酸素還元反応の活性評価を行った。酸素還元反応活性を「電気化学測定」に記載した測定方法により測定した。その結果を図2に記す。
[Evaluation of oxygen reduction reaction activity of PMAP calcined product]
The activity of the oxygen reduction reaction was evaluated for the PMAP calcined products (PMAP700, PMAP800, PMAP900) synthesized by the above method. The oxygen reduction reaction activity was measured by the measuring method described in "Electrochemical measurement". The result is shown in FIG.

測定の結果、Pt/Cほどではないが、いずれの試料においても酸素還元活性が認められた。試料の焼成温度が増大するにつれて、酸素還元開始電位が正方向にシフトし、酸素還元活性が向上することがわかった。なお、比較データとして、比較例1で得られたPt/Cのデータも示した。 As a result of the measurement, oxygen reduction activity was observed in all the samples, though not as much as Pt / C. It was found that as the calcination temperature of the sample increased, the oxygen reduction initiation potential shifted in the positive direction, and the oxygen reduction activity improved. As comparative data, the Pt / C data obtained in Comparative Example 1 is also shown.

(PMAP/4,4’−ビピリジル焼成体を触媒として用いた例)
(実施例3)
[PMAP/4,4’−ビピリジル焼成体の合成]
合成例1で合成したPMAP20.0mgおよび4,4’−ビピリジル1.9mg(PMAPのモノマー単位に対して0.5当量)を加えたムライトるつぼ(5mL)にN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)100μLを加えた。固形物をガラス棒でよくつぶしながら撹拌し、蓋をして電気炉に入れ、アルゴン気流下で焼成を行った。ガスフロー開始の5分後から2分間で135℃まで昇温し、5分間保持した。その後、2分間で210℃まで昇温し、3分間保持した。その後、100℃/minの速度で900℃まで昇温し、5分間保持した。最後に、加熱を止めて電気炉を冷まし、黒色固体4.0mgを得た。以下、ここで得られた試料をPMAP/bpy/DMF/900と略記する。
(Example using PMAP / 4,4'-bipyridyl calcined product as a catalyst)
(Example 3)
[Synthesis of PMAP / 4,4'-bipyridyl calcined product]
N, N-dimethylformamide (DMF) was added to a mullite crucible (5 mL) containing 20.0 mg of PMAP and 1.9 mg of 4,4'-bipyridyl (0.5 equivalent to the monomer unit of PMAP) synthesized in Synthesis Example 1. 100 μL was added. The solid material was stirred while being crushed well with a glass rod, covered, placed in an electric furnace, and fired under an argon stream. The temperature was raised to 135 ° C. in 2 minutes from 5 minutes after the start of the gas flow, and the temperature was maintained for 5 minutes. Then, the temperature was raised to 210 ° C. in 2 minutes and held for 3 minutes. Then, the temperature was raised to 900 ° C. at a rate of 100 ° C./min and held for 5 minutes. Finally, the heating was stopped and the electric furnace was cooled to obtain 4.0 mg of a black solid. Hereinafter, the sample obtained here is abbreviated as PMAP / bpy / DMF / 900.

[PMAP/4,4’−ビピリジル焼成体の酸素還元反応活性評価]
上記の方法で合成したPMAP/4,4’−ビピリジル焼成体(PMAP/bpy/DMF/900)について、酸素還元反応の活性評価を行った。酸素還元反応活性評価を「電気化学測定」に記載した測定方法により行った。その結果を図3に記す。
[Evaluation of oxygen reduction reaction activity of PMAP / 4,4'-bipyridyl calcined product]
The activity of the oxygen reduction reaction was evaluated for the PMAP / 4,4'-bipyridyl calcined product (PMAP / bpy / DMF / 900) synthesized by the above method. The oxygen reduction reaction activity was evaluated by the measurement method described in "Electrochemical measurement". The result is shown in FIG.

測定の結果、Pt/Cほどではないが、酸素還元活性が認められた。実施例2で得られたPMAP900のデータと比較すると、酸素還元開始電位が正方向にシフトしており、4,4’−ビピリジルの添加によって酸素還元活性が向上することがわかった。なお、比較データとして、比較例1で得られたPt/Cのデータも示した。 As a result of the measurement, oxygen reduction activity was observed, though not as much as Pt / C. Comparing with the data of PMAP900 obtained in Example 2, it was found that the oxygen reduction initiation potential was shifted in the positive direction, and the addition of 4,4'-bipyridyl improved the oxygen reduction activity. As comparative data, the Pt / C data obtained in Comparative Example 1 is also shown.

(ポリアニリン(以下、PANIと表記する)焼成体を触媒として用いた例)
(比較例2)
[PANI焼成体の合成]
PANI(シグマアルドリッチ製、530689−10G、Mw:〜65,000)を使用し、Catal. Lett.2012,142,1244−1250.の焼成方法を参考にして合成を行った。PANI200.0mgを加えたムライトるつぼ(5mL)に脱イオン水1.2mLを加えてよく撹拌し、蓋をして電気炉に入れ、アルゴン気流下で焼成を行った。ガスフロー開始の5分後から1分間で95℃まで昇温し、5分間保持した。その後、1分間で130℃まで昇温し、5分間保持した。その後、100℃/minの速度で900℃まで昇温し、5分間保持した。最後に、加熱を止めて電気炉を冷まし、黒色固体99.1mgを得た。以下、ここで得られた試料をPANI/HO/900と略記する。
(Example of using a fired polyaniline (hereinafter referred to as PANI) as a catalyst)
(Comparative Example 2)
[Synthesis of PANI fired body]
PANI (manufactured by Sigma-Aldrich, 53689-10G, Mw: ~ 65,000) was used, and Catal. Lett. 2012, 142, 1244-1250. The synthesis was carried out with reference to the firing method of. 1.2 mL of deionized water was added to a mullite crucible (5 mL) to which 200.0 mg of PANI was added, and the mixture was well stirred, covered, placed in an electric furnace, and fired under an argon stream. The temperature was raised to 95 ° C. in 1 minute from 5 minutes after the start of the gas flow, and the temperature was maintained for 5 minutes. Then, the temperature was raised to 130 ° C. in 1 minute and held for 5 minutes. Then, the temperature was raised to 900 ° C. at a rate of 100 ° C./min and held for 5 minutes. Finally, the heating was stopped and the electric furnace was cooled to obtain 99.1 mg of a black solid. Hereinafter, the sample obtained here is abbreviated as PANI / H 2 O / 900.

[PANI焼成体の酸素還元反応活性評価]
比較例として、上記の方法で合成したPANI焼成体(PANI/HO/900)について、酸素還元反応の活性評価を行った。酸素還元反応活性評価を「電気化学測定」に記載した測定方法により行った。その結果を図4に記す。
[Evaluation of oxygen reduction reaction activity of PANI calcined product]
As a comparative example, the activity of the oxygen reduction reaction was evaluated for the PANI calcined product (PANI / H 2 O / 900) synthesized by the above method. The oxygen reduction reaction activity was evaluated by the measurement method described in "Electrochemical measurement". The result is shown in FIG.

測定の結果、Pt/Cほどではないが、酸素還元活性が認められた。実施例2で得られたPMAP900のデータと比較すると、酸素還元開始電位がやや負方向にシフトしており、PMAP900の方がやや高い酸素還元活性を有していることがわかった。なお、比較データとして、比較例1で得られたPt/Cのデータも示した。 As a result of the measurement, oxygen reduction activity was observed, though not as much as Pt / C. Comparing with the data of PMAP900 obtained in Example 2, it was found that the oxygen reduction starting potential was slightly shifted in the negative direction, and PMAP900 had a slightly higher oxygen reduction activity. As comparative data, the Pt / C data obtained in Comparative Example 1 is also shown.

(合成例2)
ポリ(アミノフェニルホスホン酸ジエチル)
ChemiStation Personal Synthesizer PPV(EYELA社製)用容器(φ34)に回転子を入れ、ポリアニリン1.81g(5.0mmol(アニリン4量体基準)、SIGMA−ALDRICH:ポリアニリン(エメラルディン塩基)重量平均分子量約10000)を加えた。続いて、容器内にNMP100mLを加えて、撹拌した。その後、5分間超音波を照射した。そこへ、過硫酸アンモニウム1.71g(7.5mmol)を加えて、室温で30分間撹拌した。30分後、脱イオン水900μL(50mmol)を添加し、次いで、亜リン酸トリエチル26.0mL(155mmol)を添加した。この混合物を、ChemiStation Personal
Synthesizer PPV(EYELA社製)を用いて60℃に昇温し、撹拌を続けた。装置には還流管を取り付けておき、昇温して撹拌する際には、取り付けられた還流管を用いて空冷した。昇温してから1時間後、脱イオン水1000mLが入っているコニカルビーカーの中へ反応溶液を注いだ。その後、吸引濾過により黒緑色の固体を得た。続いて、脱ドープを行うため、0.15mol/Lアンモニア水400mLが入っているコニカルビーカーに得られた固体を入れ、撹拌し、超音波照射を10分間行った。その後、吸引濾過により黒青色の固体を得た。次に、脱イオン水400mLが入っているコニカルビーカーに脱ドープ後の固体を入れ、撹拌し、超音波照射を10分間行った。その後、吸引濾過により黒青色の固体を得た。また、得られた固体をコニカルビーカーに移し、そこへジエチルエーテルを200mL注ぎ、撹拌し、吸引濾過を行うことで黒青色の固体を得た。得られた固体を終夜、加熱下(40℃)で真空乾燥した。固体の収量は2.49gであった。
(Synthesis Example 2)
Poly (diethyl aminophenylphosphonate)
Put the rotor in a container (φ34) for ChemiStation Personal Synthesizer PPV (manufactured by EYELA), polyaniline 1.81 g (5.0 mmol (aniline tetramer standard), SIGMA-ALDRICH: polyaniline (emeraldine base) weight average molecular weight about 10000) was added. Subsequently, 100 mL of NMP was added to the container and stirred. Then, ultrasonic waves were irradiated for 5 minutes. To this, 1.71 g (7.5 mmol) of ammonium persulfate was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. After 30 minutes, 900 μL (50 mmol) of deionized water was added, followed by 26.0 mL (155 mmol) of triethyl phosphate. This mixture is mixed with ChemiStation Personal.
The temperature was raised to 60 ° C. using a Synthesizer PPV (manufactured by EYELA), and stirring was continued. A reflux tube was attached to the device, and when the temperature was raised and the mixture was stirred, the device was air-cooled using the attached reflux tube. One hour after the temperature was raised, the reaction solution was poured into a conical beaker containing 1000 mL of deionized water. Then, a black-green solid was obtained by suction filtration. Subsequently, in order to perform dedoping, the obtained solid was placed in a conical beaker containing 400 mL of 0.15 mol / L ammonia water, stirred, and ultrasonically irradiated for 10 minutes. Then, a black-blue solid was obtained by suction filtration. Next, the dedoped solid was placed in a conical beaker containing 400 mL of deionized water, stirred, and ultrasonically irradiated for 10 minutes. Then, a black-blue solid was obtained by suction filtration. Further, the obtained solid was transferred to a conical beaker, 200 mL of diethyl ether was poured therein, the mixture was stirred, and suction filtration was performed to obtain a black-blue solid. The obtained solid was vacuum dried under heating (40 ° C.) overnight. The yield of the solid was 2.49 g.

(ポリアニリンホスホン酸ジエチル(以下、PANI−PDEと表記する)の合成)
(合成例3)
ChemiStation Personal Synthesizer PPS−CTRL1(EYELA社製)用容器(φ34)に回転子を入れ、ホスホン化ポリアニリン214.5mg(0.34mmol(アニリン4量体基準)、合成例2で合成したもの)を加えた。続いて、容器内にNMP20mLを加え、撹拌した。その後、5分間超音波を照射した。そこへ、過硫酸アンモニウム119.8mg(0.53mmol)を加え、室温で30分間撹拌した。30分後、脱イオン水63μL(3.5mmol)を添加し、次いで、亜リン酸トリエチル1.82mL(10.9mmol)を添加した。混合物を、ChemiStation Personal Synthesizer PPS−CTRL1(EYELA社製)を用いて60℃に昇温し、撹拌を続けた。装置には還流管を取り付けておき、昇温して撹拌する際には、取り付けられた還流管を用いて空冷した。昇温してから1時間後、反応溶液を200mLのナスフラスコへ脱イオン水で洗い込みながら移した。その後、蒸留器具を組み立て、減圧下で加熱し、溶媒を留去した。溶媒を留去する際、アルカリトラップを使用した。大部分の溶媒を留去した後、トルエンを約40mL加え、超音波を5分間照射した。その後、再び減圧下で加熱して、溶媒を留去した。続いて、ナスフラスコ内の固体に脱イオン水を加え、吸引濾過を行って黒緑色の固体を得た。続いて、脱ドープを行うため、0.15mol/Lアンモニア水200mLが入っているコニカルビーカーに得られた固体を入れ、撹拌し、超音波照射を10分間行った。その後、吸引濾過により黒色の固体を得た。次に、脱イオン水200mLが入っているコニカルビーカーに脱ドープ後の固体を入れ、撹拌し、超音波照射を10分間行った。その後、吸引濾過により黒色の固体を得た。また、得られた固体をジエチルエーテル約200mLで洗浄した。得られた固体を終夜、加熱下(40℃)で真空乾燥した。得られた固体の収量は104.6mgであった。
(Synthesis of diethyl polyaniline phosphonate (hereinafter referred to as PANI-PDE))
(Synthesis Example 3)
Put the rotor in a container (φ34) for ChemiStation Personal Synthesizer PPS-CTRL1 (manufactured by EYELA), and add 214.5 mg of phospholated polyaniline (0.34 mmol (based on aniline tetramer), synthesized in Synthesis Example 2). It was. Subsequently, 20 mL of NMP was added to the container and stirred. Then, ultrasonic waves were irradiated for 5 minutes. 119.8 mg (0.53 mmol) of ammonium persulfate was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. After 30 minutes, 63 μL (3.5 mmol) of deionized water was added, followed by 1.82 mL (10.9 mmol) of triethyl phosphate. The mixture was heated to 60 ° C. using ChemiStation Personal Synthesizer PPS-CTRL1 (manufactured by EYELA) and stirring was continued. A reflux tube was attached to the device, and when the temperature was raised and the mixture was stirred, the device was air-cooled using the attached reflux tube. One hour after the temperature was raised, the reaction solution was transferred to a 200 mL eggplant flask while being washed with deionized water. Then, the distillation apparatus was assembled and heated under reduced pressure to distill off the solvent. An alkaline trap was used to distill off the solvent. After distilling off most of the solvent, about 40 mL of toluene was added and ultrasonic waves were applied for 5 minutes. Then, the mixture was heated again under reduced pressure to distill off the solvent. Subsequently, deionized water was added to the solid in the eggplant flask, and suction filtration was performed to obtain a black-green solid. Subsequently, in order to perform dedoping, the obtained solid was placed in a conical beaker containing 200 mL of 0.15 mol / L ammonia water, stirred, and ultrasonically irradiated for 10 minutes. Then, a black solid was obtained by suction filtration. Next, the dedoped solid was placed in a conical beaker containing 200 mL of deionized water, stirred, and ultrasonically irradiated for 10 minutes. Then, a black solid was obtained by suction filtration. In addition, the obtained solid was washed with about 200 mL of diethyl ether. The obtained solid was vacuum dried under heating (40 ° C.) overnight. The yield of the obtained solid was 104.6 mg.

(ポリアニリンホスホン酸(以下、PANI−PAと表記する)の合成)
(合成例4)
ChemiStation Personal Synthesizer PPS−CTRL1(EYELA社製)用容器(φ24)に回転子を入れ、フレームドライを行った。反応容器内を窒素で置換し、ホスホン化ポリアニリン200mg(0.33mmol(アニリン4量体基準)、合成例2で合成したもの)を加えた。そこへ、アセトニトリル20mL(超脱水)とトリメチルシリルブロマイド2.2mL(16.8mmol)を添加した。混合物を、ChemiStation Personal Synthesizer PPS−CTRL1(EYELA社製)を用いて、90℃に昇温し、撹拌して、反応させた。コニカルビーカーに脱イオン水300mLを注いでおき、反応開始から3時間半後、そこへ反応溶液を脱イオン水で洗い込みながら加えた。その後、アルカリトラップを使用して、吸引濾過により黒色固体を得た。得られた固体を終夜、加熱下(40℃)で真空乾燥した。固体の収量は117.2mgであった。
(Synthesis of polyaniline phosphonic acid (hereinafter referred to as PANI-PA))
(Synthesis Example 4)
A rotor was placed in a container (φ24) for ChemiStation Personal Synthesizer PPS-CTRL1 (manufactured by EYELA), and frame drying was performed. The inside of the reaction vessel was replaced with nitrogen, and 200 mg of phospholated polyaniline (0.33 mmol (based on aniline tetramer), which was synthesized in Synthesis Example 2) was added. To this, 20 mL (super dehydration) of acetonitrile and 2.2 mL (16.8 mmol) of trimethylsilyl bromide were added. The mixture was heated to 90 ° C. using ChemiStation Personal Synthesizer PPS-CTRL1 (manufactured by EYELA), stirred and reacted. 300 mL of deionized water was poured into a conical beaker, and three and a half hours after the start of the reaction, the reaction solution was added thereto while washing with deionized water. Then, using an alkaline trap, a black solid was obtained by suction filtration. The obtained solid was vacuum dried under heating (40 ° C.) overnight. The yield of the solid was 117.2 mg.

(PMAP/FeCl焼成体およびPMAP焼成体を触媒として用いた例)
(実施例4)
[PMAP/FeCl焼成体およびPMAP焼成体の合成]
ムライトるつぼ(5mL)に合成例1で得られたPMAP20.0mgおよびFeCl/DMF溶液(0.489M,102μL)を加えてよく撹拌して蓋をし、電気炉に入れてアルゴン気流下で焼成を行った。アルゴンガスフロー開始の5分後から2分間で130℃まで昇温し、5分間保持した。その後、2分間で180℃まで昇温し、5分間保持した。その後、100℃/minの速度で昇温を行い、900℃に達してから5分間保持した。その後、加熱を止めて電気炉を冷まし、灰色固体を11.0mg得た。以下、ここで得られた試料をPMAP/FeCl/900と略記する。また、FeCl/DMF溶液の代わりにDMF(102μL)を用いて同様の操作を行い、黒色固体を7.3mg得た。以下、ここで得られた試料をPMAP/900と略記する。
(Example of using PMAP / FeCl 3 fired body and PMAP fired body as catalysts)
(Example 4)
[Synthesis of PMAP / FeCl 3 calcined product and PMAP calcined product]
Add 20.0 mg of PMAP obtained in Synthesis Example 1 and FeCl 3 / DMF solution (0.489M, 102 μL) to a mullite crucible (5 mL), stir well, cover, put in an electric furnace, and bake under an argon stream. Was done. The temperature was raised to 130 ° C. in 2 minutes from 5 minutes after the start of the argon gas flow, and the temperature was maintained for 5 minutes. Then, the temperature was raised to 180 ° C. in 2 minutes and held for 5 minutes. Then, the temperature was raised at a rate of 100 ° C./min, and the temperature was maintained for 5 minutes after reaching 900 ° C. Then, the heating was stopped and the electric furnace was cooled to obtain 11.0 mg of a gray solid. Hereinafter, the sample obtained here abbreviated as PMAP / FeCl 3/900. Further, the same operation was carried out using DMF (102 μL) instead of FeCl 3 / DMF solution to obtain 7.3 mg of a black solid. Hereinafter, the sample obtained here is abbreviated as PMAP / 900.

(PANI−PDE/FeCl焼成体およびPANI−PDE焼成体を触媒として用いた例)
(実施例5)
[PANI−PDE/FeCl焼成体およびPANI−PDE焼成体の合成]
ムライトるつぼ(5mL)に合成例3で得られたPANI−PDE20.0mgおよびFeCl/DMF溶液(0.489M,129μL)を用いたこと以外は実施例4と同様の手順にて焼成を行い、灰色固体を11.6mg得た。以下、ここで得られた試料をPANI−PDE/FeCl/900と略記する。また、FeCl/DMF溶液の代わりにDMF(129μL)を用いて同様の操作を行い、黒色固体を4.1mg得た。以下、ここで得られた試料をPANI−PDE/900と略記する。
(Example of using PANI-PDE / FeCl 3 fired body and PANI-PDE fired body as catalysts)
(Example 5)
[Synthesis of PANI-PDE / FeCl 3 calcined product and PANI-PDE calcined product]
Baking was carried out in the same procedure as in Example 4 except that 20.0 mg of PANI-PDE obtained in Synthesis Example 3 and a FeCl 3 / DMF solution (0.489M, 129 μL) were used in a mullite crucible (5 mL). 11.6 mg of gray solid was obtained. Hereinafter, the sample obtained here abbreviated as PANI-PDE / FeCl 3/900 . Further, the same operation was carried out using DMF (129 μL) instead of FeCl 3 / DMF solution to obtain 4.1 mg of a black solid. Hereinafter, the sample obtained here is abbreviated as PANI-PDE / 900.

(PANI−PA/FeCl焼成体およびPANI−PA焼成体を触媒として用いた例)
(実施例6)
[PANI−PA/FeCl焼成体およびPANI−PA焼成体の合成]
ムライトるつぼ(5mL)に合成例4で得られたPANI−PA20.0mgおよびFeCl/DMF溶液(0.489M,157μL)を用いたこと以外は実施例4と同様の手順にて焼成を行い、灰色固体を14.3mg得た。以下、ここで得られた試料をPANI−PA/FeCl/900と略記する。また、FeCl/DMF溶液の代わりにDMF(157μL)を用いて同様の操作を行い、黒色固体を8.5mg得た。以下、ここで得られた試料をPANI−PA/900と略記する。
(Example of using PANI-PA / FeCl 3 fired body and PANI-PA fired body as catalysts)
(Example 6)
[Synthesis of PANI-PA / FeCl 3 calcined product and PANI-PA calcined product]
Baking was carried out in the same procedure as in Example 4 except that 20.0 mg of PANI-PA obtained in Synthesis Example 4 and a FeCl 3 / DMF solution (0.489M, 157 μL) were used in a mullite crucible (5 mL). 14.3 mg of gray solid was obtained. Hereinafter, the sample obtained here abbreviated as PANI-PA / FeCl 3/900 . Further, the same operation was carried out using DMF (157 μL) instead of FeCl 3 / DMF solution to obtain 8.5 mg of a black solid. Hereinafter, the sample obtained here is abbreviated as PANI-PA / 900.

[実施例4〜6の各焼成体の酸素還元反応活性評価]
上記の方法で合成した実施例4〜6の各焼成体について、酸素還元反応の活性評価を行った。酸素還元反応活性評価は「電気化学測定」に記載した測定方法により行った。その結果をそれぞれ図5〜7に記す。
[Evaluation of oxygen reduction reaction activity of each fired product of Examples 4 to 6]
The activity of the oxygen reduction reaction was evaluated for each of the fired bodies of Examples 4 to 6 synthesized by the above method. The oxygen reduction reaction activity was evaluated by the measurement method described in "Electrochemical measurement". The results are shown in FIGS. 5 to 7, respectively.

測定の結果、Pt/Cほどではないが、いずれの試料においても酸素還元活性が認められた。FeClを加えると酸素還元開始電位が正方向にシフトし、酸素還元活性の向上がみられた。なお、比較データとして、実施例1で得られたブランクおよびPt/Cのデータも示した。 As a result of the measurement, oxygen reduction activity was observed in all the samples, though not as much as Pt / C. When FeCl 3 was added, the oxygen reduction starting potential was shifted in the positive direction, and the oxygen reduction activity was improved. As comparative data, the blank and Pt / C data obtained in Example 1 are also shown.

(実施例7)
[PMAP/FeCl焼成体の酸浸漬・再焼成処理した焼成体]
PMAP/FeCl/900(20.0mg、実施例4で焼成したもの)を加えたねじ口試験管(マルエム、N−16)に0.5M希硫酸(2.0mL)を加え、80℃で2時間還流した。室温まで放冷した後、パスツールピペットを用いて上澄みを除去した。そこに脱イオン水(約2mL)を加えて1分間超音波照射して静置した。その後、再び上澄みを除去し、洗浄を行った。この洗浄操作を繰り返して合計4回行った後、水気がなくなるまで100℃で乾燥を行い、灰色固体を11.7mg得た。以下、ここで得られた試料をPMAP/FeCl/900/酸浸漬と略記する。PMAP/FeCl/900/酸浸漬(5.2mg)をムライトるつぼ(5mL)に入れて、ふたをして電気炉に入れた。アルゴンガスフロー開始の5分後から100℃/minの速度で昇温を行い、900℃に達してから5分間保持した。その後、加熱を止めて電気炉を冷まし、灰色固体を2.2mg得た。以下、ここで得られた試料をPMAP/FeCl/900/酸浸漬/再焼成と略す。得られた固体をねじ口試験管(マルエム、N−16)に移し、丸底ガラス棒で入念にすり潰した。
(Example 7)
[PMAP / FeCl 3 calcined product that has been acid-immersed and refired]
PMAP / FeCl 3 /900(20.0mg, screw-top test tube were added one) was calcined in Example 4 (Maruemu, N-16) 0.5M dilute sulfuric acid (2.0 mL) was added, at 80 ° C. Refluxed for 2 hours. After allowing to cool to room temperature, the supernatant was removed using a Pasteur pipette. Deionized water (about 2 mL) was added thereto, and the mixture was irradiated with ultrasonic waves for 1 minute and allowed to stand. Then, the supernatant was removed again and washing was performed. This washing operation was repeated a total of 4 times, and then dried at 100 ° C. until the moisture disappeared to obtain 11.7 mg of a gray solid. Hereinafter, where the resulting sample is abbreviated as PMAP / FeCl 3/900 / acid immersion. PMAP / FeCl 3/900 / acid dipped (5.2 mg) placed in a mullite crucible (5 mL), it was placed in an electric furnace with a lid. The temperature was raised at a rate of 100 ° C./min from 5 minutes after the start of the argon gas flow, and held for 5 minutes after reaching 900 ° C. Then, the heating was stopped and the electric furnace was cooled to obtain 2.2 mg of a gray solid. Hereinafter referred obtained sample and the PMAP / FeCl 3/900 / acid immersion / refired here. The obtained solid was transferred to a screw cap test tube (Maruem, N-16) and carefully ground with a round bottom glass rod.

[PMAP/FeCl焼成体の酸浸漬・再焼成処理した焼成体の酸素還元反応活性評価]
上記の方法で合成したPMAP/FeCl焼成体の酸浸漬・再焼成処理した焼成体について、酸素還元反応の活性評価を行った。酸素還元反応活性評価を「電気化学測定」に記載した測定方法により行った。その結果を図8に記す。
[Evaluation of oxygen reduction reaction activity of the calcined product that has been acid-immersed and refired in PMAP / FeCl 3 calcined product]
The activity of the oxygen reduction reaction was evaluated for the calcined product of the PMAP / FeCl 3 calcined product synthesized by the above method, which had been acid-immersed and refired. The oxygen reduction reaction activity was evaluated by the measurement method described in "Electrochemical measurement". The result is shown in FIG.

測定の結果、Pt/Cと同等の酸素還元活性が認められた。酸浸漬後再焼成すると酸素還元開始電位が正方向にシフトし、酸素還元活性が向上することがわかった。なお、比較データとして、実施例1で得られたブランクおよびPt/Cのデータも示した。 As a result of the measurement, an oxygen reducing activity equivalent to that of Pt / C was observed. It was found that when re-baking after soaking in acid, the oxygen reduction start potential shifts in the positive direction and the oxygen reduction activity is improved. As comparative data, the blank and Pt / C data obtained in Example 1 are also shown.

本発明の触媒は、還元触媒、特に、PEFCの酸素還元触媒として使用することができる。 The catalyst of the present invention can be used as a reduction catalyst, particularly as an oxygen reduction catalyst for PEFCs.

本発明のバインダーは、PEFCの電極層バインダーのための、ハロゲンを含まず、かつプロトン伝導性及び電気伝導性を有する新規材料として使用することができる。 The binder of the present invention can be used as a novel material that does not contain halogen and has proton conductivity and electrical conductivity for the electrode layer binder of PEFC.

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As described above, the present invention has been illustrated using the preferred embodiment of the present invention, but the present invention should not be construed as being limited to this embodiment. It is understood that the invention should be construed only by the claims. It will be understood by those skilled in the art that from the description of specific preferred embodiments of the present invention, an equivalent range can be implemented based on the description of the present invention and common general technical knowledge. The patents, patent applications and documents cited herein are to be incorporated by reference in their content as they are specifically described herein. Understood.

Claims (4)

下記一般式(1):
−(A− (1)
で表されるホスホン化ポリアニリンを含む固体高分子形燃料電池用バインダーであって、ここで、
は各々独立して置換アニリンモノマー残基もしくは非置換のアニリンモノマー残基であり、
該置換アニリンモノマー残基は各々独立してm個のホスホン酸残基Rとn個の置換基Rとを6員環上に有し、
ホスホン酸残基Rは、以下の式で表され:
式中、
およびMは各々独立して水素原子、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選ばれた少なくとも1つであり、
とMは同じであってもよく異なってもよく、
ただし、該ポリアニリン中少なくとも1つのMは水素原子であり、
またはMのうちの一方がアルカリ土類金属である場合には、1つのR基中の2つのOに該アルカリ土類金属原子が結合していてMまたはMのうちの他方が存在しない構造となるか、または、2つのR基のOを該アルカリ土類金属原子が架橋する構造となり、
Rは、各々独立してハロゲン原子、炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素原子数1〜15のアルコキシ基、炭素原子数1〜15のアルキルチオ基、炭素原子数1〜15のアルキルアミノ基、カルボキシル基、エステル残基の炭素原子数が1〜15のカルボン酸エステル基、ニトロ基およびシアノ基からなる群から選ばれた少なくとも1つであり、
mは各々独立して1〜4の整数であり、
nは各々独立して0〜3の整数であり、
それぞれのアニリンモノマー残基において各々独立してmとnの和は4以下であり、
kは4〜3000の整数であ
ただし、一般式(1)において、k個存在するA のすべてが非置換のアニリンモノマー残基であることはない、
固体高分子形燃料電池用バインダー。
The following general formula (1):
-(A 1 ) k- (1)
A binder for polymer electrolyte fuel cells containing phospholated polyaniline represented by, wherein the binder is used.
A 1 is an independently substituted aniline monomer residue or an unsubstituted aniline monomer residue, respectively.
Each of the substituted aniline monomer residues independently has m phosphonic acid residues R p and n substituents R on a 6-membered ring .
The phosphonic acid residue R p is expressed by the following formula:
During the ceremony
M 1 and M 2 are independently hydrogen atoms, alkyl groups having 1 to 15 carbon atoms, aralkyl groups having 7 to 34 carbon atoms, aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, alkali metals, and alkaline earth metals. At least one selected from the group consisting of an ammonium group and a pyridinium group.
M 1 and M 2 may be the same or different,
However, at least one M 1 in the polyaniline is a hydrogen atom.
If one of the M 1 or M 2 is an alkaline earth metal, one of the two O in R p groups - one of M 1 or M 2 have the said alkaline earth metal atom is bonded The structure is such that the other of the above does not exist, or the structure is such that the alkaline earth metal atom bridges the O of two R p groups.
R is an independently halogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms, and an alkylthio group having 1 to 15 carbon atoms. It is at least one selected from the group consisting of an alkylamino group having 1 to 15 carbon atoms, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group having 1 to 15 carbon atoms in the ester residue, a nitro group and a cyano group.
m is an integer of 1 to 4 independently,
n is an integer of 0 to 3 independently.
The sum of m and n is 4 or less independently for each aniline monomer residue.
k is an integer Ri der of 4-3000,
However, in the general formula (1), all of A 1 to the k exists never aniline monomer residue unsubstituted,
Binder for polymer electrolyte fuel cells.
前記ポリアニリン中に導入されたホスホン酸残基の数が、アニリンモノマー残基の数に対して10%以上である、請求項に記載のバインダー。 The binder according to claim 1 , wherein the number of phosphonic acid residues introduced into the polyaniline is 10% or more with respect to the number of aniline monomer residues. 請求項1または2に記載のバインダーを含む固体高分子形燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell comprising the binder according to claim 1 or 2. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のバインダーを製造する方法であって、
下記一般式(2):
−(A− (2)
で表されるポリアニリン化合物中の6員環に、ホスファイト化合物とホスホン化反応を行ってホスホン化ポリアニリンを得る工程
ホスホン化ポリアニリンからバインダーを形成する工程
を包含し、ここで、
は置換アニリンモノマー残基もしくは非置換アニリンモノマー残基であって、
該置換アニリンモノマー残基は各々独立して1〜3個の置換基Rを有し、
Rおよびkは請求項1中の定義と同じであり、
該ホスファイト化合物は下記一般式(3):

(ここで、M 〜M は同じであってもよく、異なってもよく、それぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選択される。ただし、M 〜M のうちの1つがアルカリ土類金属である場合には、2つのO に該アルカリ土類金属原子が結合していてM 〜M の残りの2つのうちの1つが存在しない構造となる。)
または一般式(4):

(ここで、M およびM は同じであってもよく、それぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基、炭素原子数7〜34のアラルキル基、炭素数6〜30のアリール基、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、およびピリジニウム基よりなる群から選択される。ただし、M およびM のうちの一方がアルカリ土類金属である場合には、2つのO に該アルカリ土類金属原子が結合していてM およびM のうちの他方が存在しない構造となる。)
で表される、方法。
The method for producing the binder according to any one of claims 1 to 3.
The following general formula (2):
− (A 2 ) k − (2)
The 6-membered ring in the polyaniline compound represented by (1) is subjected to a phosphonation reaction with a phosphite compound to obtain a phosphonated polyaniline, which includes a step of forming a binder from the phosphonated polyaniline.
A 2 is a substituted aniline monomer residue or an unsubstituted aniline monomer residue.
Each of the substituted aniline monomer residues independently has 1 to 3 substituents R.
R and k are the same as the definitions in claim 1 and
The phosphite compound has the following general formula (3):

(Here, M 3 to M 5 may be the same or different, and independently have an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, and 6 to 6 carbon atoms. It is selected from the group consisting of 30 aryl groups, hydrogen atoms, alkali metals, alkaline earth metals, ammonium groups, and pyridinium groups, provided that one of M 3 to M 5 is an alkaline earth metal. the two O - a do not one of the remaining two of said alkaline earth metal atom is bonded M 3 ~M 5 present structure).
Or general formula (4):

(Here, M 6 and M 7 may be the same, and independently, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 34 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, respectively. It is selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal, an alkaline earth metal, an ammonium group, and a pyridinium group. However, when one of M 6 and M 7 is an alkaline earth metal, two O's are used. The structure is such that the alkaline earth metal atom is bonded to − and the other of M 6 and M 7 does not exist.)
The method represented by.
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