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★様々な用途での利用が期待され,研究の裾野を広げるイオン液体!
★イオン液体の特性を理解し,実用展開に結び付けるヒント満載の一冊!
★電池,バイオマス,生体への利用など,実用展開に向けた最新事例を一挙紹介!

■刊行にあたって

　本書はシーエムシー出版:新材料・新素材シリーズにおけるイオン液体関連書籍の 5 巻目になる。最初の巻は大野弘幸先生が 2003 年に監修された『イオン性液体』,続いて 2006 年に『イオン液体Ⅱ』,2010 年に『イオン液体Ⅲ』2016 年には渡邉正義先生が『イオン液体研究最前線と社会実装』を監修された。今回,本書の監修に際し大野先生の書籍から 20 年が経過,また Wilksらによって室温・大気環境下で安定なイオン液体が報告され,今あるイオン液体の開発研究の隆盛に至るに 30 年が経過していることを思うと,イオン液体研究の流れとそれに付随した社会の動向を感じざるを得ない。
　『イオン性液体』(2003)の目次を見ると,新奇化合物であるイオン液体の機能と物性を様々な事案に「試してみる」,「応用の可能性に挑戦する」記事が多い。無論,当時はイオン液体そのものの物理化学が未解明であったから極めて学理的な報告も掲載されているが,最終製品を念頭に置いたシビアな観察眼有り未踏領域への大きな期待有り…で,書籍全体がイオン液体研究の黎明期を体現していたと言って良いだろう。
　2 巻,3 巻と書籍が展開する中で,先ず目につくのはイオン液体研究の裾野が格段に広がったことである。監修者がイオン液体研究を始めた 2000 年頃は分光計測に耐えられる高純度品を合成するところから研究を始めねばならなかったが,今ならポピュラーなイオン液体であれば超高純度品から一般消費材レベルまで手頃な価格で購入できる。アイデアが有れば直ぐにでも試せる,この環境の変化が本書の展開に大きく影響していることは事実である。2003 年の『イオン性液体』発刊の頃には想像も出来なかった項目が本書に並んでいるのを見ると,やはり物質科学の発展は予想が出来ないところが面白いし新奇化合物の展開の妙味を感じるが,そのベースは物質あっての物質科学研究であり,実用展開であったと強く感じる。
　さて,本書はイオン液体関連書籍の 5 巻目であるから,イオン液体 30 年の歩みの中で上手く進展した事例だけを取り上げることも可能であった。しかしながら本書では直線的な未来展望だけでなく,イオン液体の特性を実用面から虚心坦懐にご議論頂ける項目を敢えて含めることとした。イオン液体の特性をもう一回り深く理解し,更なる実用展開に結び付けて頂けることを狙いの一つにしたからである。本書編集にあたり,多くの先生方のご協力を得たことに万劫の謝意を表するものだが,イオン液体の実用展開へ向けた最新動向に合わせて,第一線でご活躍の先生方の熱い想いと銅鉄主義に堕さないご研究の着眼点もイオン液体研究の妙味の一つとして味わって頂ければ幸いである。
　尚,本書編集にあたり,イオン液体化合物特有の省略名称については敢えて統一することを避けた。これは其々の分野での歴史的経緯や流儀が異なるためであるが,それによって文意を誤解することは無いと思う。ただ,この分野に初めて参入される研究者が章・節を跨いで本書の内容を参照される際は,添付されている図中の構造式を十分確認した上でご検討頂きたい。

東京工業大学
大内幸雄

■著者一覧

大内幸雄　　東京工業大学
大野弘幸　　東京農工大学
渡邉正義　　横浜国立大学
梅林泰宏　　新潟大学
黒田浩介　　金沢大学
伊藤敏幸　　(公財)豊田理化学研究所;鳥取大学名誉教授
野上敏材　　鳥取大学
都築誠二　　横浜国立大学
石井良樹　　兵庫県立大学
岩橋崇　　東京工業大学
松本一　　(国研)産業技術総合研究所
石川正司　　関西大学;㈱アイ・エレクトロライト
髙橋卓矢　　㈱アイ・エレクトロライト
副田和位　　関西大学;㈱アイ・エレクトロライト
松井由紀子　　関西大学
藤田正博　　上智大学
芹澤信幸　　慶應義塾大学
片山靖　　慶應義塾大学
松本一彦　　京都大学
黄珍光　　京都大学
萩原理加　　京都大学
増田秀樹　　愛知工業大学;名古屋工業大学　名誉教授
猪股智彦　　名古屋工業大学大学院
森永隆志　　鶴岡工業高等専門学校
小口真一　　東海大学
後藤康夫　　信州大学
和田直樹　　金沢大学
髙橋憲司　　金沢大学
宮藤久士　　京都府立大学
平山直紀　　東邦大学
金崎悠　　(国研)産業技術総合研究所
河野雄樹　　(国研)産業技術総合研究所
牧野貴至　　(国研)産業技術総合研究所
鷹尾康一朗　　東京工業大学
邑瀬邦明　　京都大学
北田敦　　東京大学
張澤磊　　京都大学
松宮正彦　　横浜国立大学
津田哲哉　　千葉大学
上田幹人　　北海道大学
宇井幸一　　岩手大学
三宅正男　　京都大学
布村順司　　㈱UACJ
大谷良行　　㈱UACJ
兒島洋一　　㈱UACJ
川田将平　　関西大学
佐々木信也　　東京理科大学
上野和英　　横浜国立大学
獨古薫　　横浜国立大学
松本祐司　　東北大学大学院
玉手亮多　　(国研)物質・材料研究機構;JST
上山祐史　　北海道大学
上木岳士　　(国研)物質・材料研究機構;北海道大学
一川尚広　　東京農工大学
原田雅史　　奈良女子大学
鳥本司　　名古屋大学
桑畑進　　大阪大学
小野新平　　(一財)電力中央研究所
持田智行　　神戸大学
小林竜也　　山形大学
渡邉洋輔　　山形大学
古川英光　　山形大学
吉田一也　　山形大学
細田耕　　大阪大学
古石誉之　　星薬科大学
米持悦生　　星薬科大学
田原義朗　　同志社大学
後藤雅宏　　九州大学大学院
藤田恭子　　東京薬科大学
塩田謙人　　横浜国立大学
伊里友一朗　　横浜国立大学
三宅淳巳　　横浜国立大学




【第1編　基礎編】
第1章　イオン液体の特性と応用展開の可能性
1　はじめに
2　イオン液体とは
3　イオン液体の特徴,特に分子性液体に無い特徴
4　使用形態
4. 1　Zwitterion
4. 2　集合体
4. 3　高分子化イオン液体
4. 4　異種イオン液体の混合
4. 5　分子性液体との混合
5　利用・応用
5. 1　溶媒としての応用
5. 2　イオン伝導体
5. 3　バイオ関連
5. 4　相転移を示す塩水溶液
5. 5　環境調和を目指すイオン液体
6　まとめ

第2章　電解質としての新規イオン液体の広がりと期待
1　はじめに
2　電子輸送性イオン液体
3　プロトン性イオン液体
4　溶媒和イオン液体
5　おわりに

第3章　イオン液体の液体構造と輸送特性
1　はじめに
2　擬プロトン性イオン液体
3　溶媒和イオン液体
4　溶媒和イオン液体や超濃厚電解質溶液双極子再配向ダイナミクス
5　おわりに

第4章　イオン液体の毒性と低毒性イオン液体の開発
1　はじめに
2　イオン液体の毒性
2. 1　イオン液体の毒性の概要
2. 2　マウス・ラットへの毒性
2. 3　毒性を発現するメカニズム
3　低毒性イオン液体の開発
3. 1　極性基の導入
3. 2　生体由来イオンの利用
3. 3　双性イオン化
4　低毒性イオン液体の利用
4. 1　薬剤の溶解
4. 2　細胞の凍結保存剤
5　おわりに

第5章　イオン液体の合成/設計/物性解析と予測
1　イオン液体合成法
1. 1　論文概要
1. 2　はじめに
1. 3　イオン液体の合成
1. 3. 1　標準的なイオン液体合成法
1. 3. 2　マイクロリアクターによるイオン液体合成法
1. 3. 3　具体的な各種イオン液体の合成
1. 3. 4　イオン液体の再生
1. 4　おわりに
2　計算化学によるイオン液体の相互作用の解析と構造,物性の予測
2. 1　はじめに
2. 2　イオン間に働く相互作用
2. 3　液体構造
2. 4　輸送物性
2. 5　電極界面の液体構造
2. 6　電気化学的安定性
2. 7　おわりに
3　イオン液体の分子モデリングと大規模シミュレーションへの展開
3. 1　はじめに
3. 2　MDシミュレーションにおける分子力場
3. 3　電解質中における静電相互作用の多体効果
3. 4　室温イオン液体や自己組織化イオン液晶のモデリングと物性解析
4　分光法によるイオン液体の物性評価
4. 1　はじめに
4. 2　赤外吸収分光(Infrared absorption spectroscopy;IR)
4. 3　ラマン分光(Raman spectroscopy)
4. 4　非線形振動分光(Nonlinear vibrational spectroscopy)
4. 5　紫外-可視吸収分光(UV-visible absorption spectroscopy;UV-Vis)
4. 6　光電子分光(Photoelectron spectroscopy;PES)
4. 7　核磁気共鳴分光(Nuclear magnetic resonance spectroscopy;NMR)
4. 8　まとめに代えて

【第2編　応用編】
第6章　電池・発電
1　イオン液体・溶融塩を用いた蓄電デバイスの開発動向
1. 1　はじめに
1. 2　イオン液体と溶融塩
1. 3　溶融塩の特徴
1. 4　蓄電池への応用
1. 4. 1　リチウムイオン二次電池
1. 4. 2　ナトリウムイオン二次電池
1. 4. 3　多価金属イオン電池
1. 4. 4　高温溶融塩を用いた電池
1. 5　おわりに
2　イオン液体とリチウムイオン電池
2. 1　はじめに
2. 2　イオン液体を用いたリチウムイオン電池の作動実現と宇宙での実用化
2. 3　高粘度のIL電解液による高出力の可能性
2. 4　IL電解液中でのリチウムイオン伝導度に対する濃度の影響
2. 5　IL電解液を用いたNMC/グラファイトLIB性能へのリチウムイオン濃度の影響
2. 6　高LiFSI濃度でILが高粘度でもNMC/グラファイトLIBが高出力な理由
2. 7　IL電解液を用いたNMC/グラファイトLIBのサイクル特性
2. 8　おわりに
3　双性イオン液体および双性イオンポリマーのLiイオン電池への応用
3. 1　はじめに
3. 2　双性イオンの液体化
3. 3　Liイオン伝導性
3. 4　電位窓の拡張
3. 5　Liイオン電池への応用
3. 6　おわりに
4　イオン液体中におけるレドックス反応と電池への応用
4. 1　イオン液体中におけるレドックス反応
4. 2　レドックス反応の速度
4. 3　レドックスフロー電池への展開
4. 4　おわりに
5　ナトリウム二次電池
5. 1　はじめに
5. 2　ナトリウム二次電池用イオン液体
5. 3　中温作動型ナトリウム二次電池
5. 4　おわりに
6　イオン液体修飾チタニア電極を用いた高効率色素増感太陽電池
6. 1　概要
6. 2　背景
6. 3　イオン液体(IL)および酸化チタン電極への修飾に用いる光増感Ru錯体色素の調製
6. 4　IL-およびN3色素修飾TiO2電極の調製
6. 5　IL修飾TiO2電極を用いたDSSCの光電変換特性
6. 6　IL修飾TiO2の凝集防止剤としての効果
6. 7　まとめ
7　燃料電池用材料の開発に向けたイオン液体型ポリマーの分子設計
7. 1　はじめに
7. 2　イオン液体型ポリマーを用いた固体電解質材料の開発
7. 3　プロトン性イオン液体型ポリマーへの応用展開
7. 4　さいごに

第7章　反応溶媒および固定相としてのイオン液体
1　はじめに
2　溶媒としてのイオン液体　歴史と特徴
3　固定相としてのイオン液体
4　イオン液体を溶媒に用いた実験操作及び抽出操作

第8章　バイオマス利用
1　イオン液体を溶媒に用いたセルロース溶液紡糸
1. 1　はじめに
1. 2　BmimClを用いた再生繊維の作製
1. 2. 1　溶媒としてのBmimCl
1. 2. 2　セルロース溶液の特徴
1. 2. 3　セルロース溶液の紡糸
1. 2. 4　溶液ブローを用いた極細セルロース繊維の作製
1. 3　まとめ
2　イオン液体触媒によるセルロースの高分子反応と複合材料への応用
2. 1　はじめに
2. 1. 1　リグノセルロース系バイオマス利用の社会背景と現状
2. 1. 2　イオン液体によるバイオマスの溶解
2. 2　リグノセルロースの均一エステル化反応を触媒するイオン液体
2. 3　廃棄物を出さないリグノセルロースのエステル化に向けたイオン液体の改良
2. 4　セルロースのナノ解繊とリグノセルロース樹脂との複合化
2. 5　おわりに
3　イオン液体存在下での微生物によるバイオエタノール生産
3. 1　イオン液体存在下で微生物発酵する意義
3. 2　イオン液体の微生物への毒性
3. 3　イオン液体の毒性に対する対抗手段
3. 3. 1　微生物の濃度を上げる
3. 3. 2　イオン液体に耐性を示す微生物の利用
3. 3. 3　低毒性イオン液体の利用
3. 4　ワンポット連続エタノール生産
3. 5　おわりに
4　木材の高機能化を目指したイオン液体の接着剤としての利用
4. 1　はじめに
4. 2　イオン液体を用いた木材接着の原理
4. 3　イオン液体を用いた木材接着
4. 4　終わりに

第9章　分離技術
1　金属イオン抽出分離場としてのイオン液体
1. 1　はじめに
1. 2　「液状イオン交換体」との比較
1. 3　イオン液体へのイオン交換抽出と溶解平衡
1. 4　イオン液体への無電荷種の分配
1. 5　イオン液体へのキレート抽出
1. 6　おわりに
2　イオン液体を利用したCO2分離技術の開発動向
2. 1　はじめに
2. 2　イオン液体を用いた化学吸収液
2. 3　イオン液体を用いた分離膜
2. 4　おわりに
3　イオン液体を用いた核燃料サイクル・放射性廃棄物処理
3. 1　核燃料サイクルの概要
3. 2　使用済み核燃料再処理への適用:湿式および乾式分離プロセス
3. 3　放射線分解挙動
3. 4　まとめと今後の展望

第10章　電析・製精錬
1　イオン液体を用いた電析プロセス
1. 1　はじめに
1. 2　クロロアルミネート系イオン液体
1. 3　TFSA-系イオン液体
1. 4　おわりに
2　電析技術におけるイオン液体の位置づけ:その長所と短所
2. 1　はじめに―工業的・商業的電析プロセスの現状
2. 2　電解液の建浴と電析前後の設計
2. 3　電析速度(電流密度)と生産性
2. 4　水素脆性
2. 5　おわりに
3　溶媒抽出法と電解析出法の連携による希少金属の回収
3. 1　緒言
3. 2　溶媒抽出-電解析出法
3. 2. 1　溶媒抽出法
3. 2. 2　電解析出法
3. 2. 3　溶媒抽出-電解析出法の連続試験
3. 3　結言
4　イオン液体を用いたアルミニウムハイアップグレードリサイクル技術
4. 1　はじめに
4. 2　アルミニウムハイアップグレードリサイクル技術に適したイオン液体
4. 3　アルミニウムハイアップグレードリサイクル技術
4. 4　おわりに

第11章　イオン液体の潤滑メカニズムと潤滑剤としての活用
1　はじめに
2　基油としての潤滑メカニズム
2. 1　ハロゲン系イオン液体
2. 2　硫黄・リン系イオン液体
2. 3　ホウ酸系イオン液体
2. 4　シアノ系イオン液体
3　潤滑油添加剤としてのイオン液体
4　おわりに

第12章　ゲル
1　イオン液体と高分子およびナノ粒子の複合化による機能性イオンゲル
1. 1　イオンゲル
1. 2　高分子およびナノ粒子を用いた機能性イオンゲル
1. 3　溶融リチウム塩錯体を用いたゲル電解質の設計と特性
1. 4　おわりに
2　ナノイオン液体ゲル膜のプロセス開発とデバイス応用
2. 1　はじめに
2. 2　これまでのイオン液体ゲル膜
2. 3　イオン液体を介した多孔質ポリウレア膜の真空蒸着
2. 3. 1　作製方法
2. 3. 2　イオン伝導性
2. 3. 3　機械的特性
2. 4　イオン液体ゲル膜のパターンニングと電気二重層トランジスタへの応用
2. 4. 1　イオン液体ゲル膜のパターン化
2. 4. 2　電解質ゲート応用
2. 5　まとめ
3　イオン液体を用いた自己修復性ソフトマテリアル
3. 1　はじめに
3. 2　水素結合とブロック共重合体のナノ相分離構造を利用した自己修復イオンゲル
3. 3　超高分子量ポリマーの絡み合いを利用した自己修復性イオンゲル
3. 4　結言

第13章　両親媒性Zwitterionの自己組織化を用いた三次元プロトン伝導性膜
1　はじめに
2　Zwitterion型のイオン性液晶分子の例
3　ジャイロイド構造膜の設計
4　プロトン伝導性膜としての機能性
5　更なる機能化の例
6　おわりに

第14章　ナノ粒子合成
1　イオン液体/非イオン性界面活性剤混合系での金属ナノ粒子の合成
1. 1　緒言
1. 2　イオン液体/非イオン性界面活性剤混合溶液中での化学還元法を用いた金属ナノ粒子の合成とサイズ制御
1. 3　イオン液体/水/非イオン性界面活性剤混合溶液中で光還元法を用いた金属ナノ粒子の形成過程の時間分解in-situ XAFS解析
1. 4　おわりに
2　イオン液体を反応媒体に利用したナノ粒子合成
2. 1　はじめに
2. 2　イオン液体を反応媒体に用いたナノ粒子の合成
2. 3　燃料電池用酸素還元電極触媒への適用
2. 4　おわりに

第15章　イオン液体を用いたイオントロニクスデバイスの研究動向
1　はじめに
2　電気二重層を用いたイオントロニクスの原理
3　力学エネルギーの電気エネルギー変換(電気二重層エレクトレットを利用した振動発電素子)
4　まとめ

第16章　センシング技術
1　ベイポクロミズムを示す金属錯体系イオン液体
1. 1　はじめに
1. 2　ベイポクロミズムを示すイオン液体
1. 3　ベイポクロミズムの光制御
1. 4　ベイポクロミズムによるサーモクロミズム制御
1. 5　おわりに
2　イオン液体ゲルを用いたセンサーの開発と3Dプリンティングへの展開
2. 1　はじめに
2. 2　イオン液体ゲルセンサー
2. 2. 1　直線マイクロチャンネルセンサーの作製
2. 2. 2　インピーダンス変化
2. 2. 3　イオン液体の圧力によるインピーダンス変化
2. 2. 4　イオン液体ゲルの圧力によるインピーダンス変化
2. 3　イオン液体ゲルの3Dプリント技術
2. 3. 1　自由液面方式
2. 3. 2　ポンプ式
2. 4　おわりに

第17章　生体への利用
1　安全性の高い生体適合性イオン液体
1. 1　はじめに
1. 2　コリンおよびアミノ酸からなるイオン液体
1. 3　薬物溶解性改善
1. 4　抗菌作用
1. 5　タンパク質の安定化
1. 6　おわりに
2　イオン液体を利用した経皮吸収製剤の開発動向
2. 1　はじめに
2. 2　経皮吸収製剤とは
2. 3　イオン液体とは
2. 4　イオン液体の可溶化剤としての利用と経皮デリバリー
2. 5　イオン液体の吸収促進剤としての利用
2. 6　API-ILによる経皮吸収促進
2. 7　おわりに
3　生体分子用溶媒としてのイオン液体・水混合系の可能性
3. 1　はじめに
3. 2　イオン液体を用いた水分子を含む“場”のコントロール
3. 3　疎水性制御による新たな展開
3. 4　おわりに

第18章　イオン液体系推進剤
1　はじめに
2　電気推進におけるイオン液体
3　化学推進におけるイオン液体
4　1液式高エネルギーイオン液体の組成とデザイン
5　電気化学反応場による高エネルギーイオン液体の着火制御
6　今後の展望