2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K05984
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
松元 深 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究主任 (50416301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 貴敏 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 有機材料研究部, 研究室長 (60416295)
隅野 修平 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 有機材料研究部, 研究員 (60783272)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フラーレン誘導体 / 有機半導体 / 誘電率 / 計算化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高い誘電率を有する有機半導体材料を開発することは有機エレクトロニクスの実用化に関して重要な課題である。本年度は計算化学手法を用いた高誘電性フラーレン誘導体の分子設計について検討を行った。高精度に誘電率の計算予測を行うため、フラーレン分子の結合長や分極率の実験値に対して整合性の高い計算条件の探索を行った。特に分極率の計算値が低く見積もられることが課題であったが、擬ポテンシャル法と実空間基底を用いた計算法に変更することでフラーレンのような大きな分子に対しても短時間で実験値と整合する値が得られることがわかった。このような最適化の結果、フラーレン誘導体の誘電率を高精度に見積もる計算スキームが得られた。
誘電率の高い分子構造についての知見を得るため、既知化合物の構造を元にスクリーニングを行った。データベースから取得した2236個のC60フラーレン誘導体の構造から、アルキル鎖などの末端置換基を除去した457個の中心骨格構造を抽出した。これらの構造に対して誘電率に関係する双極子モーメントを計算し、双極子強度の高い197分子を選択した。更にこれらの分子構造の分極率と分子体積を計算により見積もり、理論式を元に誘電率への寄与のパラメータとして単位体積当たりの双極子強度、分子分極率を取得した。これらのパラメータの正規化を行い、高誘電性構造の指標とした。この指標の高い分子について、双極子モーメントがフラーレンに対し外側に向いたアクセプター性の置換基構造29個、内側に向いたドナー性の置換基構造8個を候補化合物として選択した。これらの置換基構造にはフラーレンへの結合や環構造、官能基などに特徴が見られ、高誘電性フラーレン誘導体の分子設計について有用な知見が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アクセプターとドナー性置換基を組み合わせた線形の二置換フラーレン誘導体の具体的な分子設計には至っていないが、当初計画していなかった化学情報工学の技術を取り入れることで、多くの化合物群から構造探索を行うことができ、想定していなかった有望な分子構造についての知見が得られている。また高精度な分極率の取得には多大な計算時間を要すると想定していたが、計算手法の変更によって１分子当たりの計算時間を大幅に短縮することができ、多くの分子構造の探索を効率的に行うことが可能となった。次年度以降の計画である、C70フラーレンへの置換基の位置選択的導入法についても、誘導体の合成、理論計算による反応機構の解析を行い、置換基構造に由来する反応遷移状態や反応速度の違いについて有用な知見を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の主要な目的である分子設計に関して、アクセプター性の構造については多くの候補から知見が得られているが、ドナー性の分子構造については検討した母数に対して得られた候補分子が少なく、環構造を対象とした骨格探索では不十分であったと考えられる。このため中心骨格の探索だけでなく、末端の置換基構造についても探索を行うため、分子構造のデータベースから類似構造で分類した分子ライブラリを作成し、より多様な置換基構造について探索を行う。また分子動力学法による計算の効率化を行い分子構造探索を加速させると共に、候補化合物の合成経路についての調査を進め高誘電性フラーレン誘導体の合成に着手する。
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| Causes of Carryover |
概ね予定通りの支出であったが、旅費およびその他経費が予定を下回った。該当分は課題に関連する技術、研究情報の取得を強化し研究を推進させるため、次年度の調査費と合わせて支出する予定である。
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