| Project/Area Number |
21K18925
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | ホスト-ゲスト相互作用 / 電荷移動型錯体格子 / 磁気変換 / 多孔性材料 / ヨウ素 / 酸化還元 / ホストーゲスト相互作用 / ホストーゲスト間相互作用 / 多孔性分子格子 / ゲスト応答 / ホストーゲスト間電子移動 / 格子物性制御 / 生体系擬似反応 |
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| Outline of Research at the Start |
本挑戦的研究では、酸化還元活性なゲスト分子に対してホストーゲスト間電子移動を起こす多孔性分子格子を創製することを目的とする。
生体系の高度なシステムに倣い、“物質認識→物質輸送（拡散）→活性点配置→反応（酸化還元反応）→格子物性変化（信号発信）”からなる一連の物質情報伝達システム（化学―物理情報変換システム）を“多孔性分子材料”に擬似し、物質情報伝達過程の“反応”において、ホストーゲスト間電子移動を組み込むことにより、ホストーゲスト間電子移動により格子物性をスイッチする分子格子系を開発し、その局所的電子移動と物性制御の相関を解明する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Host-guest electron transfer (HGET) in molecular framework systems, such as metal-organic frameworks (MOFs), is a critical trigger for implementing drastic changes in both the host framework and the guest, and can enable possible modulation of the electronic and magnetic properties of frameworks. Post-synthetic incorporation of redox-active guests into redox-active MOFs is a fascinating strategy for achieving guest-driven reversible HGET. Herein, we demonstrated an HGET-induced magnetic phase switch between an antiferromagnet for guest-free form and a paramagnet for I2-loaded form. Furthermore, the I2-loaded form exhibited a hundred-fold enhancement in electrical conductivity compared to that of guest-free form owing to the electron hopping. The regulation of magnetism and electrical conductivity via HGET, which was demonstrated for the first time in this study, can facilitate the design of new porous magnets.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
「多孔性磁石」は、従来からよく知られた電場・磁場・光・圧力などの物理的な刺激とは異なり、「分子吸脱着」という化学的な刺激により駆動する材料である。化学物質の性質を磁化という物理量に換える、「化学―物理変換」を可能にする材料と言い換えることもできる。本研究における、吸着分子とホスト骨格の間での直接的な電子授受により駆動する可逆磁気相変換は世界初観測であり、新たな駆動原理により「化学物質による物性制御」を実現したという点で、高機能分子デバイスの実現へ向けて、基礎・応用の両面から大変意義深い結果だと考えられる。
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