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逐次合成法による高次機能性ポルフィリンアレイ単分子デバイスの実現

Research Project

Project/Area Number 16J01261
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional solid state chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo (2017)
Osaka University (2016)

Principal Investigator

玉木 孝  東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords金属ポルフィリン / 単分子エレクトロニクス / 機能性単分子デバイス / スピロピラン / 分子ダイオード / 分子スイッチ / ポルフィリンアレイ / 部分透過確率
Outline of Annual Research Achievements

様々な中心金属を有するポルフィリン錯体について、ブレークジャンクション法により単分子の電気伝導度の測定を行った。その結果、理論式に従って電気伝導度と金属ポルフィリンのHOMOとの間に相関を持つことが実際に確かめられた。ここで理論式によるフィッティングによって単分子架橋状態における金電極のフェルミ準位及び分子と電極とのカップリングΓを求めることが可能ではないかと考えた。最終的に、ΔSCF法により計算されたイオン化ポテンシャルと電気伝導度を持ちいてフィッティングを行ったところ、鏡像電荷効果を考慮し、フェルミ準位が-4.8eV、Γが-6.6meVであるとそれぞれ求まった。フェルミ準位については、バルク金属表面のものと比較的同様であり、これは単分子架橋において、分子が表面に与える影響が十分に少ないためであると考えられる。また、Γについては計算値と比較して妥当な値であると考えられる。以上のように、様々な金属ポルフィリンの電気伝導度とイオン化ポテンシャルの関係から、分子架橋におけるエネルギー準位の位置関係を知ることに成功した。
また、ブレークジャンクション法において破断の過程で分子に張力が印加されていることに着眼し、力学刺激により動作する機能性単分子デバイスの評価を試みた。力学刺激に応答する骨格としてはスピロピランを用い、力学刺激を伝えるのに十分強いアンカーであるチオールを導入した分子を合成した。この分子について、MCBJ法によりI-V特性の評価を行った。その結果、スピロピラン状態においては整流性をしめし、メロシアニン状態においては対称なI-Vカーブを示すことが明らかとなった。更に、電極間距離を大きくし張力を印加することで整流を示すI-Vカーブから対称なI-Vカーブへの変化の観測に成功し、スピロピランの異性化を実現できたと考えている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Analysis of Single Molecule Conductance of Heterogeneous Porphyrin Arrays by Partial Transmission Probabilities2017

    • Author(s)
      Tamaki Takashi、Ohto Tatsuhiko、Yamada Ryo、Tada Hirokazu、Ogawa Takuji
    • Journal Title

      Chem. Select.

      Volume: 2 Issue: 25 Pages: 7484-7488

    • DOI

      10.1002/slct.201701015

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Non-linear and non-symmetric single-molecule electric properties towards molecular information processing2017

    • Author(s)
      Takashi Tamaki and Takuji Ogawa
    • Journal Title

      Topics in Current Chemistry

      Volume: 375 Issue: 5 Pages: 79-79

    • DOI

      10.1007/s41061-017-0167-y

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxygen reduction reaction activity in phenol substituted linear Fe(III)-porphyrin dimer2017

    • Author(s)
      Go Tei, Takashi Tamaki, Takao Hayashi, Kosuke Nakajima, Akihiro Sakai, Satoshi Yotsuhashi, and Takuji Ogawa
    • Journal Title

      European Journal of Inorganic Chemistry

      Volume: 26 Issue: 26 Pages: 3229-3232

    • DOI

      10.1002/ejic.201700394

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dualism of sensitivity and selectivity of porphyrin dimers in electroanalysis2017

    • Author(s)
      Grzegorz Lisak, Takashi Tamaki, and Takuji Ogawa,
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 89 Issue: 7 Pages: 3943-3951

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.6b04179

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 力学刺激によりスイッチング特性を発現する単分子デバイス2018

    • Author(s)
      玉木孝、美濃出圭吾、沼井優一、大戸達彦、山田亮、夛田博一、寺尾潤
    • Organizer
      日本化学会 第98春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ポルフィリンの単分子伝導の中心金属依存性2017

    • Author(s)
      玉木孝、大戸達彦、山田亮、夛田博一、小川琢治
    • Organizer
      第97回春季年会
    • Place of Presentation
      神奈川県、慶応大学日吉キャンパス
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 様々な中心金属ポルフィリンの単分子伝導特性の評価2016

    • Author(s)
      玉木孝、山田亮、大戸達彦、夛田博一、小川琢治
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟県、朱鷺メッセ
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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