| Project/Area Number |
23K17899
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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 |
宮坂 等 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50332937)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 電荷移動錯体格子 / 分子内水素結合 / ホストーゲスト相互作用 / ゲスト誘起電荷移動 / ガス吸着 / 磁気相変換 / 水車型ルテニウム二核錯体 / TCNQ誘導体 / 多孔性錯体格子 / 細孔内水素結合 / 電荷移動 / ゲスト誘起磁気相変換 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ホストーゲスト間水素結合形成を電荷移動トリガーとする電荷移動可変多孔性磁石を開発することを目的とする。高度な生体系システムに倣い、“物質認識→物質輸送(拡散)→物質活性認識→格子情報伝達→格子酸化還元変化(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“多孔性分子格子”に擬似し、物質情報伝達過程の「物質活性認識→格子情報伝達」に“水素結合認識”を組み込むことにより、未だ報告例のない、ゲストの水素結合ナノ空間における安定性の違いにより格子内電子移動のON/OFFを制御する磁気スイッチを実現し、ゲスト誘起格子内電子移動による新しい相変換機構を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ホストーゲスト間水素結合形成を電荷移動トリガーとするゲスト誘起可変多孔性磁石を開発し、ゲスト誘起格子内電子移動による新しい相変換機構を提案する。オルト位にOH置換基を有する安息香酸架橋ルテニウム二核(II,II)錯体（o-OH-[Ru2]）のHOMOエネルギーレベルは、オルト位にOH置換基とカルボン酸酸素原子間の分子内水素結合が強く関わっていることを当研究室で見出している（Dalton Trans. 2022, 51, 85）。すなわち、o-OH-[Ru2]を電荷移動ユニットに使用した場合、この水素結合形成や水素結合への摂動は、HOMOレベルの調整に寄与すると予想され、動的なHOMOレベル制御の新たなトリガーとして有効であると考えられる。本研究では、o-OH-[Ru2]錯体とTCNQ誘導体について、置換基を換えることによりそれぞれ電子ドナー能とアクセプター能を調整し、それらの2:1組成比からなる層状集積体（D2A型と略記）を合成する。各種ゲストの吸脱着による格子内外の水素結合形成を変えることでo-OH-[Ru2]錯体のHOMOレベルを動的に調整し、格子内電荷移動を誘起して磁気相を変える。本年度は、新規D2A型集積体を合成し、その脱溶媒構造の安定性を調べることを目指した。その結果２種の化合物を合成することに成功したが、極めて興味深いことに、どちらも脱溶媒により電荷移動を起こして磁気相転移することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
予想通りのD2A型二次元層状化合物を得ることに成功し、且つ脱溶媒のみで電荷移動を起こして常磁性体―フェリ磁性体変換する化合物を見出すことに成功した。現在２種の化合物を合成しているが、驚くべきことに、用いるユニットのHOMO/LUMOレベルを制御することで（実際は、o-OH-[Ru2]錯体を固定し、TCNQ誘導体を換えた）、２種の化合物は同様なD2A型であるにも関わらず、電荷状態の安定化が溶媒和で異なっていた。一方は、2電子移動型から1電子移動型への常磁性体―フェリ磁性体変換であり、もう一方は、1電子移動型から中性型へのフェリ磁性体―常磁性体変換という、全く異なる電荷状態間の変換を見出すに至った。今後詳細を明らかにしていくが、極めて興味深い磁気変換であろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記２種類のD2A化合物の溶媒脱着による磁気変換を解明する。既に全ての溶媒和と脱溶媒和状態の構造が得られているため、その構造を基に計算化学による電荷移動機構の解明を行う。また、脱溶媒化合物の各種ガス吸着挙動を測定し、in situ測定による電荷移動過程の解明を行う。
各ユニットは多種多様にあるので、それらの組み合わせによる集積反応を網羅し、新しい電荷移動系を開発する。
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