配列／空間配置を高度に制御した巨大パイ共役系分子連結ポリマーの設計とその電子機能

• Project/Area Number: 13J00831
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Polymer chemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 櫻井 庸明 大阪大学, 工学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,760,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: フタロシアニンポリシロキサン / ペリレンジイミド / 有機半導体 / 電荷キャリア輸送 / 分離積層構造 / 光電気伝導性 / 電荷輸送 / 光伝導性

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、自己組織的にカラム構造を形成する通常のディスク状π共役系分子ではなく、共有結合によって一次元カラムを構築する”シシカバブ型”ポリマーに着目し、研究を進めてきた。具体的には、フタロシアニンシリコン錯体の中心金属であるシリコンが酸素原子で架橋されシロキサン構造を主鎖構造とするポリマーを用いた。このポリマー中では結合角が180 °に固定されたシロキサン結合により隣接間フタロシアニン距離が約0.33 nmに保たれるという事実を鑑み、電子アクセプター分子を混合した際に電子ドナーとアクセプターの一次元カラム構造が維持される系が構築できると考えた。実際に、X線回折測定および吸収スペクトル測定により、このポリマーとペリレンジイミド（PDI）との混合材料はポリマーとPDIがドメインを形成しミクロ相分離する結果が示唆されたのに対し、対応するメタルフリーフタロシアニン（H2Pc）とPDIの混合系では両者が混じり合ってスタックすることを示してきた。
本年度は、ディスクの集積構造を明確に制御するための分子設計指針として、中心金属をシリコンではなくゲルマニウムとした誘導体を合成し、ディスク間距離を大きくしたポリマーを得ることに成功した。シリコンフタロシアニンのポリマーと比較すると、ゲルマニウムフタロシアニンからなるポリマーのほうがPDIと混合した際に効率良く電荷分離を起こし、高い電気伝導度を示すことを発見した。また、PDI分子を共有結合によってシリコンフタロシアニンポリマーの側鎖に連結した巨大ブラシ状ポリマーの開拓を行い、SiPc–PDI間のアルキルリンカーをC12およびC6とした各誘導体の合成を行い、リンカーが短くなるほど光誘起電荷分離後のキャリア再結合が促進するため、電荷キャリア寿命が短くなるという事実を見出した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Systematic Studies on Side-Chain Structures of Phthalocyaninato-Polysiloxanes: Polymerization and Self-Assembling Behaviors (2015)
  • Author(s): Satoru Yoneda, Tsuneaki Sakurai, Toru Nakayama, Kenichi Kato, Masaki Takata, Shu Seki
  • Journal Title: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines Volume: 19 Issue: 01-03 Pages: 160-170
  • DOI: 10.1142/s1088424614501053
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ion-Pair-Based Assemblies Comprising Pyrrole-Pyrazole Hybrids (2013)
  • Author(s): Hiromitsu Maeda, Kengo Chigusa, Tsuneaki Sakurai, Kazuchika Ohta, Shinobu Uemura, Shu Seki
  • Journal Title: Chemistry-A European Journal Volume: 19 Issue: 28 Pages: 9224-9233
  • DOI: 10.1002/chem.201300993
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Assembled Structures of Anion-Responsive π-Systems Tunable by Alkyl/Perfluoroalkyl Segments in Peripheral Side Chains (2013)
  • Author(s): Yoshitaka Terashima, Tsuneaki Sakurai, Yuya Bando, Shu Seki, Hiromitsu Maeda
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 25 Issue: 13 Pages: 2656-2662
  • DOI: 10.1021/cm4011663
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Corannulene-Fused Anion-Responsive π-Conjugated Molecules that Form Self-Assemblies with Unique Electronic Properties (2013)
  • Author(s): Yuya Bando, Tsuneaki Sakurai, Shu Seki, Hiromitsu Maeda
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 8 Issue: 9 Pages: 2088-2095
  • DOI: 10.1002/asia.201300635
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion-Based Materials Derived from Positively and Negatively Charged Chloride Complexes of π-Conjugated Molecules (2013)
  • Author(s): Bin Dong, Tsuneaki Sakurai, Yuya Bando, Shu Seki, Kazuto Takaishi, Masanobu Uchiyama, Atsuya Muranaka, Hiromitsu Maeda
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 135 Issue: 39 Pages: 14797-14805
  • DOI: 10.1021/ja4071333
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Intrinsic Charge Carrier Transport at Insulator-Semiconductor Interfaces Probed by a Non-Contact Microwave-Based Technique (2013)
  • Author(s): Yoshihito Honsho, Tomoyo Miyakai, Theaki Sakurai, Akinori Saeki, Shu Seki
  • Journal Title: Scientific Report Volume: 3 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep03182
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Propeller-Shaped Fused Oligothiophenes : A Remarkable Effect of the To pology of Sulfur Atoms on Columnar Stacking (2013)
  • Author(s): Qi Xiao, Tsuneaki Sakurai, Takahiro Fukino, Kouki Akaike, Yoshihito Honsho, Akinori Saeki, Shu Seki, Kenichi Kato, Masaki Takata, Takuzo Aida
  • Journal Title: Journal of American Chemical Society Volume: 135 Issue: 49 Pages: 18268-18271
  • DOI: 10.1021/ja4092769
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有機半導体材料中の並進-非並進電荷移動度の多角的な解価と解釈 (2013)
  • Author(s): 櫻井 庸明, 関 修平
  • Journal Title: 液晶 Volume: 17 Pages: 67-77
• [Presentation] 電子ドナー・アクセプターπ共役分子二成分系における分離積層ナノ構造の構築 (2015)
  • Author(s): 櫻井 庸明, 米田 聡, 筒井 祐介, 関 修平
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-29
• [Presentation] 巨大π共役系分子の集積構造制御とその局所電荷輸送特性の計測 (2014)
  • Author(s): 櫻井 庸明
  • Organizer: π造形科学若手研究会
  • Place of Presentation: 熱海紀州鉄道ホテル
  • Year and Date: 2014-11-22
  • Invited
• [Presentation] シシカバブ型フタロシアニンポリマーを用いた電子ドナー/アクセプターπ電子集積材料の設計とその電気伝導特性 (2014)
  • Author(s): 櫻井 庸明, 米田 聡, 関 修平
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] フタロシアニンポリシロキサンからなる有機半導体の設計と電子機能(1) : 戦略的なドナー・アクセプター相分離構造の構築 (2014)
  • Author(s): 櫻井 庸明, 米田 聡, 中山 徹, 佐伯 昭紀, 関 修平
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] Liquid Crystalline Assembly of Large Discotic π-Systems for Supramolecular Organic Electronics (2013)
  • Author(s): Tsuneaki Sakurai, Takuzo Aida, Shu Seki
  • Organizer: China-Japan Joint Symposium on Functional Supramolecular Architectures
  • Place of Presentation: 蘇州(中国)
  • Year and Date: 2013-10-27
  • Invited
• [Presentation] Design and Photoconductive Properties of Electron- Donor/Acceptor Discotic Blends Using Phthalocyaninato-Polysiloxanes (2013)
  • Author(s): Tsuneaki Sakurai, Satoru Yoneda, Toru Nakayama, Akinori Saeki, Shu Seki
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス
  • Year and Date: 2013-09-12
• [Presentation] シシカバブ型構造を有するフタロシアニンポリマーとペリレンジイミドからなるp/n半導体混合材料の集合構造と電荷輸送特性 (2013)
  • Author(s): 櫻井 庸明, 米田 聡, 関 修平
  • Organizer: 2013年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2013-09-10
• [Presentation] Toward Segregated Stacking of Donor/Acceptor π-Conjugated Discs Using Shish-Kebab-Type Polymeric Backbone (2013)
  • Author(s): Tsuneaki Sakurai, Satoru Yoneda, Toru Nakayama, Akinori Saeki, Shu Seki
  • Organizer: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
  • Place of Presentation: 台北(台湾)
  • Year and Date: 2013-08-01