Development of Electron-rich Thiophene Oligomer-type Highly conducitive Materials: Dimensionality Expansion Strategy via Hydrogen-bond Formation
| Project/Area Number |
21K05018
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤野 智子 東京大学, 物性研究所, 助教 (70463768)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | オリゴマー / 有機伝導体 / 単結晶 / 水素結合 / 電荷移動塩 / バンドフィリング変調 / クーロン反発 / 鎖伸長効果 / バンド構造 / チオフェン |
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| Outline of Research at the Start |
有機エレクトロニクスデバイスの主流となっているポリマー材料は，混合物性ゆえに構造が不明瞭であり，良導化・高機能化の指針が確立されていない．そこでポリマーの基礎骨格を維持した単分子性オリゴマー材料が，詳細な構造情報が入手可能で，かつ単分子性ゆえにπ積層境界面の平滑化による高伝導化を可能としうることから注目されている．応募者らは最近，エチレンジオキシチオフェン（EDOT）２量体を開発し密接なπ積層構造を実現したものの，π積層間の相互作用が得られず伝導性は乏しかった．本研究では，EDOTオリゴマー末端にπ積層間相互作用を誘発する水素結合性基を導入し，伝導次元性拡張による良導性材料の実現を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、オリゴマー型有機伝導体による良導性材料の開発を目的とし、特に水素結合形成による伝導次元性拡張法の開発を目指すものである。有機エレクトロニクスデバイスの主流となっているポリマー材料は、その混合物性ゆえに詳細な構造情報の入手が困難であり伝導機構が不明瞭であるため，高伝導化のための指針が未だ確立されていない。そこでポリマーの基礎骨格を維持した単分子性オリゴマー材料が注目されている。中分子領域のオリゴマーは結晶構造解析により詳細な構造情報を入手可能であり、かつ単分子性ゆえにπ積層境界面の平滑化・膜均質化による高伝導化を可能としうるが、その難溶性・中間構造の不安定性などの合成的制約により未だ良導性オリゴマーの実現例はない。本研究では，水素結合性基の導入やドナーの配列に注目したドナー構造の多様化をおこなうなかで，拡張π共役系における合成的制約を回避する手法を確立した．ユニット同士の立体的な反発を利用して中性ドナーに捩れ構造を導入することで，オリゴマードナーに溶解性と安定性を付与する手法である．この手法によりオリゴマー４量体を新規合成した．捩れ構造は電解酸化によって解消されて平面ドナー分子はハの字型に積層した擬１次元的な電子構造をもつ単結晶構造が得られた．この積層中には，ドナーに対して１当量分のアニオンだけでなく，積層中の空隙に入り込んだ0.2当量分の余剰アニオンが存在し，これがバンドフィリングを変調させ，36 S/cmという高い室温伝導度を達成した．室温以上では金属的な伝導性も見出しており，高伝導性のオリゴマー型伝導体材料を実現することができた．
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Report
(3 results)
Research Products
(68 results)
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[Journal Article] Metallic State of a Mixed-sequence Oligomer Salt that Models Doped PEDOT Family2023
Author(s)
Kota Onozuka, Tomoko Fujino*, Ryohei Kameyama, Shun Dekura, Kazuyoshi Yoshimi, Toshikazu Nakamura, Tatsuya Miyamoto, Takashi Yamakawa, Hiroshi Okamoto, Hiroyasu Sato, Taisuke Ozaki, Hatsumi Mori*
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 145
Issue: 28
Pages: 15152-15161
DOI
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[Presentation] Air-stable, d/π-conjugated ambipolar semiconductors: effect of alkoxy chain length on dimensionality2022
Author(s)
M. Ito, T. Fujino, L. Zhang, S. Yokomori, T. Higashino, R. Makiura, K. Takeno, M. Kawamura, T. Ozaki, H. Mori
Organizer
International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM 2022)
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