Creation of Stimuli-Responsive Properties of Flexible HOFs

Research Project

Project/Area Number	22KF0191
Project/Area Number (Other)	22F21339 (2022)
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2022)
Section	外国
Review Section	Basic Section 35030:Organic functional materials-related
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	北川進京都大学, 高等研究院, 特別教授 (20140303)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	HUANG QIUYI 京都大学, 高等研究院, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords	多孔性材料 / 水素結合有機構造体 / HOF / 刺激応答性材料 / センシング / 刺激応答性 / ナノ空間化学 / 水素結合 / 適応機能
Outline of Research at the Start	水素結合有機構造体(HOF)は、有機化合物同士の水素結合によって構成された二次元または三次元の周期性をもつ結晶性の有機多孔質材料である。本課題では、ホスト-ゲストケミストリーと分子間水素結合の制御により、熱や光、圧力といった外部刺激に対して応答するHOFの開発を行う。分子間での弱い水素結合やドナー・アクセプター相互作用を骨格内に有するHOFを形成し、構造及びその光学特性に刺激応答性を付与して、刺激応答性材料を創出する。得られた刺激応答性のフレキシブルHOFは、柔軟なポリマーや透明ポリマーとの積層させ、electronic skin等のインテリジェントセンサへの応用展開を行う。
Outline of Annual Research Achievements	本共同研究では、熱や光、圧力といった外部刺激に対して応答するHOFの開発を目指した。より具体的には、柔軟な構造変化が可能な発色性有機分子を基盤として、分子間での弱い水素結合やドナー・アクセプター相互作用を骨格内に導入することで、HOFに刺激応答性を付与することを目指した。特に、次の３つのプロジェクト、（１）高感度芳香族アミンセンシング材料、（２）光応答性材料、（３）長寿命有機リン光発光材料の開発に主に取り組んだ。最初のプロジェクトでは、凝集誘起発光（AIE）と電荷移動（CT）特性が顕著な構造素子を元にHOFを構築し、芳香族アミンの高性能センシングを実現する新しい発光性HOFを開発に成功した。また得られた発光性HOFは、濾紙などの柔軟なポリマー上にコーティングすることでもセンシング機能を維持した(Angew.Chem.Int.Ed. 2023)。２つ目のプロジェクトでは、フリーラジカルの発生部を骨格中に導入し、新規の光応答性HOFの開発に成功した。さらに、金属配位ユニットを導入することで、光応答性多孔性配位高分子（PCP）の合成にも研究を展開した。興味深いことに、これらの材料はUV光照射によりクロミズム現象を示した。各種スペクトル測定の結果、フォトクロミズム現象が多孔性材料中の光誘導フリーラジカルに起因していることを明らかにした（研究結果を纏めて年内に投稿予定）。また３つ目のプロジェクトでは、光応答性配位子を用いたHOF構造にドナー性の分子を微量にドープすることにより、室温で長寿命の明るい燐光を示す新規のHOFの開発に成功している（研究結果を纏めて年内に投稿予定）。これらの研究により、センシング、情報ストレージ、照明、バイオイメージングなど、幅広い用途でのHOFの可能性が示すことが出来た。