2014 Fiscal Year Annual Research Report
精密分子設計による光応答を指向した超分子材料の開拓
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
25104011
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
中西 尚志 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (40391221)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉沢 道人 東京工業大学, 資源化学研究所, 准教授 (70372399)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 超分子 / 光応答 / 自己組織化 / 気-液界面 / 発光 / ホスト-ゲスト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機化学・分子材料化学の分野に軸足を置きつつ、理論、計測の要求を満たすことのできる分子系、特には分子間相互作用を精密制御された超分子系の構築を目指している。例えば、ナノサイズの閉じた分子系からバルクサイズの超分子材料系までを研究対象と設定し、分子・材料の光機能をプローブとして、その複雑な形成・機能のメカニズム解明を目指している。
具体的な研究成果としては、有機分子材料の光電子機能を司るπ共役系分子の自己組織化のタイミングおよび得られる構造・機能を容易に制御できる新技術を開発した。その制御方法は、自己組織化させたいπ共役系分子（代表的例：C60）に柔らかな分岐アルキル鎖を導入し常温液状化させておき、同アルキル化π共役分子の一部パーツ（アルキル鎖もしくはC60）を添加するのみで達成でき、自己組織化後にはC60組織化構造由来の光導電性を活性化できる。
液状分子中で隔離された機能性コアの置かれる環境・相・反応場としての理解を目的として、ピレン色素の発光特性をプローブとする液状色素の構築を行った。導入する分岐アルキル鎖の置換配置により、モノマー／エキシマー間の発光制御が可能となり、励起状態ダイナミクス計測、分子構造計算、固体NMR構造解析による領域内協同研究を開始した。
また、８つのアントラセン環に囲まれたナノ空間を有する配位結合性ナノカプセル内で、汎用的なラジカル開始剤が光照射および加熱に対して、顕著に安定化されることを明らかにした。また、安定化された開始剤を利用して、ポリマー合成を達成した。
さらには、４つのアントラセン環に囲まれたナノ空間を有する共有結合性ナノチューブを新規に構築した。このチューブは、ひも状生体分子のメチル基や不飽和結合を認識して、選択的に捕捉できることを見出した。
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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
有限系ナノサイズの超分子組織化構造の構築に関しては、分担研究者の吉沢の下、配位結合を利用したナノカプセル内でラジカル開始剤の光および熱安定化を達成し且つ共有結合を利用したナノチューブの開発も取り組み、ひも状生体分子の選択的捕捉に成功した。本結果は計画以上の進展を十分に見せている。
一方、無限系バルクサイズの超分子系材料である分子性液体材料に関しては、H26年度はアモルファス液体からの自己組織化技法の開発にいたった。また、発光および光導電性を有する液体材料の創成も十分な達成度で研究が進展している。
また、気-液界面におけるマイクロからミリメートルスケールの巨視的レベルに達する分子自己組織化過程の構築とその精密理解に関しては、詳細なナノ組織構造解析のSAXSやHR-TEM観測による顕著な進展が見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度以降は、気-液界面を自己組織化環境場とする分子からの巨視的自己組織化薄膜の創成に関して，自己組織化半球マイクロ微粒子アレイの形成メカニズムの更なる理解を目指す。一方で、同様の組織構造もしくは界面組織化可能な分子群の精査を行う。また、同新学術領域内共同研究において、界面分光技術や計算モデル化の議論を同時並行に行い、極めて複雑な非平衡過程を含む界面自己組織化系の理解を深める。
次に、分子間相互作用を完全阻害して得られる液状分子材料に関して、特異な疎水性脂肪鎖凝縮相内における光機能や触媒反応を見出す。その際、固体NMR（領域内共同研究）、レオロジー解析やSAXS測定による分子物性の評価の他、発光特性においては領域内共同研究を活用して励起状態のダイナミクスの検討を行っていく。
有限系の自己組織化性ナノカプセルやナノチューブに関する研究では、内部ナノ空間を用いた未探索なホスト-ゲスト化学の検討を行う。この際、ゲスト分子の取り組みや放出時の分子ダイナミクスの理解に関して、計算や超高速分子分光といった領域内共同研究を活用して研究を促進させる。
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Research Products
(50 results)
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[Journal Article] Directed assembly of Optoelectronically active alkyl-π-conjugated molecules by adding n-alkanes or π-conjugated species2014
Author(s)
Martin J. Hollamby, Maciej Karmy, Paul H. H. Bomans, Nico A. J. M. Sommerdijk, Akinori Saeki, Shu Seki, Hiroyuki Minamikawa, Isabelle Grillo, Brain R. Pauw, Paul Brown, Julian Eastoe, Helmuth Moehwald, Takashi Nakanishi
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Journal Title
Nature Chemistry
Volume: 6
Pages: 690-696
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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