分子アーキテクトニクスを志向した水素終端化シリコン表面の新規化学修飾法の開発

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 26110506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山野井 慶徳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2014: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: シリコン基板 / パラジウム触媒 / ギャップ電極 / 水素終端化シリコン基板 / 固定化 / 触媒 / ケイ素-炭素結合

Outline of Annual Research Achievements

本研究では代表者が開発したヒドロシランの遷移金属触媒によるアリール化反応を水素終端化シリコン表面の化学修飾に展開することで、良質のシリコン－芳香族化合物修飾表面を効率的に構築する手法を開発する。合わせて、新学術領域の他の研究者と協力をし、ミクロサイズやナノサイズギャップシリコン上を化学修飾した電極を調製し、それらの表面構造や単分子の物性調査を行う。
水素終端化シリコン基板をパラジウム触媒の存在下、ヨウ化アリールと反応させるとシリコン基板上に芳香族基をSi-C(sp2)結合を介して結合することができる。この方法を活用し、まず最初にマイクロギャップを有する基板を異方性エッチングを利用して調製した。具体的にはSOI(silicon on insulator)基板をHFで1分間、続いてKOH水溶液で90分間処理することで最小で300 nm程度のギャップを有する水素終端化シリコン電極を作成することができた。表面の構造確認はSEMやデジタル顕微鏡にて行った。この水素終端化シリコン電極をパラジウム触媒の存在下、さまざまなヨウ化アリールと塩基の存在下室温で反応させることで芳香族置換基を固定化することができた。修飾の状況は電気化学的手法によりおよそ20%程度化学修飾されていることが確認できた。
ジベンゾシロールはπ－π*遷移による蛍光特性を持つことから、その合成やエレクトロニクス材料等への応用の点で広く研究がなされてきた。次にジベンゾシロール骨格をシリコン表面で形成することを目的とし、水素終端化Si(100)表面と2,2’-ジヨードビアリール化合物をパラジウム触媒の存在下で反応させ、表面上の構造について解析を行った。　2,2’-ジヨードビアリール化合物がSi(100)表面に固定化されるか検討するために、dimethyl 2,2’-diiodobiphenyl-4,4’-dicarboxylateを水素終端化Si(100)表面に反応させ、表面IRにて構造決定を行った。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photocurrent generation of reconstituted photosystem II on self-assembled gold film (2017)
  • Author(s): Miyachi, M.; Ikehira, S.; Nishiori, D.; Yamanoi, Y.;* Yamada, M.; Iwai, M.; Tomo, T.; Allakhverdiev, S. I.; Nishihara, H.*
  • Journal Title: Langmuir Volume: 33 Issue: 6 Pages: 1351-1358
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b03499
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effective Method for Micro-Patterning Arene-Terminated Monolayers on a Si(111) Electrode (2016)
  • Author(s): Yoshinori Yamanoi, Tetsuhiro Kobayashi, Hiroaki Maeda, Mariko Miyachi, Masato Ara, Hirokazu Tada, and Hiroshi Nishihara
  • Journal Title: Langmuir Volume: 32 Issue: 27 Pages: 6825-6829
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b01370
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bright Solid-State Emission of Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor and Acceptor-Donor-Acceptor Chromophores (2016)
  • Author(s): M. Shimada, M. Tsuchiya, R. Sakamoto, Y. Yamanoi, E. Nishibori, K. Sugimoto, H. Nishihara
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 55 Issue: 9 Pages: 3022-3026
  • DOI: 10.1002/anie.201509380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescence and phosphorescence of a series of silicon-containing six-membered-ring molecules (2016)
  • Author(s): T. Nakashima, M. Shimada, Y. Kurihara, M. Tsuchiya, Y. Yamanoi, E. Nishibori, K. Sugimoto, H. Nishihara
  • Journal Title: J. Organomet. Chem. Volume: 805 Pages: 27-33
  • DOI: 10.1016/j.jorganchem.2015.12.042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross-Sectional TEM Analysis of an ITO Surface Coated with Photosystem I and Molecular Wires (2016)
  • Author(s): Miyachi, M.; Yamanoi, Y.;* Tomo, T.; Nishihara, H.*
  • Journal Title: J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. Volume: 2016 Issue: 6 Pages: 1309-1312
  • DOI: 10.1007/s10904-016-0396-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Unusual reactivity of group 14 hydrides toward organic halides: synthetic studies and application to functional materials (2016)
  • Author(s): Shimada, M.; Yamanoi, Y.;* Nishihara, H.*
  • Journal Title: J. Synth. Org. Chem. Jpn. Volume: 74 Pages: 1098-1107
  • NAID: 130005433324
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Preparation of Pd Nanoparticles with Tetrahedral, Spherical, Plate, and Feather Shapes by Capping with 1-Pentyl Isocyanide (2015)
  • Author(s): M. Miyachi, Y. Yamamoto, Y. Yamanoi, H. Nishihara
  • Journal Title: Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials Volume: 25 Issue: 1 Pages: 140-144
  • DOI: 10.1007/s10904-014-0121-1
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis, Characterization, and Physical Properties of Oligo(1-(N,N-dimethylamino)pyrrole)s and Their Doped Forms, Precursors of Candidates for Molecular Flat-band Ferromagnets (2015)
  • Author(s): Y. Yamanoi, K. Takahashi, T. Hamada, N. Ohshima, M. Kurashina, Y. Hattori, T. Kusamoto, R. Sakamoto, M. Miyachi, and H. Nishihara
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 3 Issue: 17 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1039/c4tc02941k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structures and Optical Properties of Tris(trimethylsilyl)silylated Oligothiophene Derivatives (2014)
  • Author(s): Hikaru Inubushi, Yohei Hattori, Yoshinori Yamanoi, Hiroshi Nishihara
  • Journal Title: J. Org. Chem. Volume: 79 Issue: 7 Pages: 2974-2979
  • DOI: 10.1021/jo500029f
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 不斉ケイ素原子をもつ化合物の効率的合成法の開発とその光物性 (2016)
  • Author(s): 古賀信哉・植木修平・島田真樹・山野井慶徳・湯浅順平・河合壯・打田孝明・岩村宗高・野﨑浩一・西原寛
  • Organizer: 第20回ケイ素化学協会シンポジウム
  • Place of Presentation: 安芸グランドホテル（広島県廿日市市）
  • Year and Date: 2016-10-07
• [Presentation] 9,10-ジヒドロジシラアントラセン誘導体の合成と光学特性 (2015)
  • Author(s): 中島剛之、島田真樹、栗原悠、山野井慶徳、西原寛
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学（船橋）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] 2級シランの不斉アリール化反応による光学活性ケイ素化合物の合成 (2015)
  • Author(s): 植木 修平，栗原 悠，石井 亮馬，島田 真樹，山野井 慶徳，西原 寛
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学（船橋）
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] シリコン電極表面上への機能性有機分子の固定化 (2014)
  • Author(s): 山野井慶徳
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス 第４回領域会議
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2014-11-25
• [Presentation] Pd触媒を用いた水素終端化Si(100)表面のアリール化 (2014)
  • Author(s): 小林徹大, 山野井慶徳, 西原 寛
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス 第４回領域会議
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2014-11-25
• [Presentation] 金属触媒を用いた水素終端化シリコン表面の新規化学修飾法の開発」、新学術領域「分子アーキテクトニクス (2014)
  • Author(s): 山野井慶徳
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス 第3回領域会議
  • Place of Presentation: 天童, 「滝の湯」コンベンションホール
  • Year and Date: 2014-06-13
• [Presentation] Pd触媒を用いた水素終端化Si(100)表面のアリール化」、新学術領域「分子アーキテクトニクス (2014)
  • Author(s): 小林徹大, 山野井慶徳, 西原 寛
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス 第3回領域会議
  • Place of Presentation: 天童, 「滝の湯」コンベンションホール
  • Year and Date: 2014-06-13
• [Presentation] 水素終端化シリコン電極上における金属錯体ワイヤの構築と電子輸送挙動 (2014)
  • Author(s): 前田啓明, 山野井慶徳, 西原 寛
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス 第3回領域会議
  • Place of Presentation: 天童, 「滝の湯」コンベンションホール
  • Year and Date: 2014-06-13
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室
  • URL: https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/~inorg/
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/