2019 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケール界面分子科学による革新的機能材料の創成
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18H05260
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
相田 卓三 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00167769)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 超分子科学 / 界面 / 超分子ポリマー / 自己修復ポリマー / 多孔性材料 / 液晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.異形なのに相溶する分子によるカラムナー液晶相(Yanoetal. Science 2019, 363, 161; Yano et al. JACS 2019, 141, 10033.) モノマーが非共有結合により1次元に集合化した超分子ポリマーの機能性ソフトマテリアルとしての利用が期待されているが、バルク状態での研究はほとんど行われてこなかった。対して、我々は液晶を媒体とした超分子重合において、「超分子ポリマーが液晶と 一体となり、カラムナー相を形成する」新現象を見出した。
2.自己修復能を有する多孔性結晶の開発(Yamagishi et al. Science 2019, 361, 1242.) 6つのピリジル基を導入した分子を、溶液から再結晶したところ、多孔質結晶が得られた。耐熱性と自己修復性という一般に相容れない特性の両立に成功した。
3.層数選択的な剥離可能な2次元MOF結晶(Auetal.JACS2019,141,53.) 『2次元バルク材料から層数選択的に剥離させることは可能か?』という2次元材料が抱える界面に関する学術的問いに取り組んだ。新たに開発した多孔性材料は、多孔質ナノシートが積層したMOFであり、浸漬させる溶媒に応じて2段階での層間拡張現象がを示すことを明らかにした。これは段階的層間拡張現象 を結晶構造解析によって解明した世界初の例である。
4.ナノグラフェンからなるアダプティブMOF(Suginomeetal.JACS2019,141,15649.) 「ナノグラフェンに囲まれた空間はどのような機能を発現するのか?」この基礎科学的な疑問から、MOFを足場としたナノグラフェン表面を有する多孔性材料:ナノグラフェンMOFの合成に挑んだ。ナノグラフェンMOFは取り込むゲスト分子へ適応して穴の形状・サイズを変化させるという興味深い現象を見出した。
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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
計画調書で提案した研究計画は順調に進んでおり、成果をあげて いる。さらに、本課題の採択にあたり、多孔性材料の界面現象にも着目し、研究をスタートさせた。これは、本研究課題の『表面・界面の微小領域を形成する分子群が階層を超えて材料・デバイスの巨視的 性質・機能をどのように支配するのか?』という学術的問いに答える適切な材料群であると考えられる
ためである。このように当初の予想を超えて、破格の成果を生み出している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画のうち、とりわけテーマ1-2「異形なのに相溶(共組織化)する棒状/板状分子」においては、一般 的に「棒状分子」と「板状分子」は仲が悪く、固体状態ではエントロピー的な利得を捨ててでも相分離するこ とから、さまざまな系に展開することに苦戦することが予想された。しかしながら研究開始当初に「棒状分子」 と「板状分子」の分子構造を種々変えたバージョンを合成し、分子構造と自己組織化能に関する基礎的な知見 を集めたことにより、その後の研究において、様々な組み合わせにおいて異形でありながら相溶(共組織化) する分子群を見つけることにつながった。その他の計画含めて現在までのところは総じて順調に達成され、特 筆すべき問題点は生じなかった。今後はこれまでに得られた成果を元に、申請時の研究計画に従った研究を遂行していく予定である。
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[Journal Article] One-Step Synthesis of an Adaptive Nanographene MOF: Adsorbed Gas-Dependent Geometrical Diversity2019
Author(s)
Shun Suginome, *Hiroshi Sato, Akihiro Hori, Akio Mishima, Yuki Harada, Shinpei Kusaka, Ryotaro Matsuda, Jenny Pirillo, Yuh Hijikata, and *Takuzo Aida
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 141
Pages: 15649, 15655
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Supramolecular Polymerization in Liquid Crystalline Media: Toward Modular Synthesis of Multifunctional Core-Shell Columnar Liquid Crystals2019
Author(s)
Keiichi Yano, Takahiro Hanebuchi, Xu-Jie Zhang, *Yoshimitsu Itoh, Yoshiaki Uchida, Takuro Sato, Keisuke Matsuura, Fumitaka Kagawa, Fumito Araoka, and *Takuzo Aida
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 141
Pages: 10033, 10038
DOI
Peer Reviewed
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