Porous soft materials with self-healing properties

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19F19376
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 古川 修平 京都大学, 高等研究院, 教授 (90452276)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SANCHEZ GONZALEZ ELI 京都大学, 高等研究院, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-11-08 – 2022-03-31
• Keywords: 金属錯体多面体 / ソフトマテリアル / 1次元鎖構造

Outline of Annual Research Achievements

ナノサイズ空間を有する分子である金属錯体多面体(MOP)を用い、自己集合化プロセスを制御することで、多孔性を有するソフトマテリアル(ゲルやコロイド粒子)を合成する研究は、空間機能と材料物性の相関という基礎的研究に加えて、空間材料のプロセッシングといった応用研究へ の展開にむけて大変重要である。 本研究では、これまでの多孔性材料では達成できなかった自己修復能の発現を目指す。課題としては、(1) MOP表面の事後修飾による可逆的結合サイトの導入、 (2)超分子重合によるゲル化、(3)自己修復能評価と(2)へのフィードバック、(4)多孔性ゲルの機能評価を行う。
昨年度までに見出した、ロジウムパドルウィール型部位を2箇所有するランタン型MOPとビスイミダゾー ル系配位子（bix）の反応により、1:1の当量比まではすぐに錯形成を起こし可溶性の錯体を与え、1:2当量を超えたと ころでゲル化する現象を、さらに深く探求した。
分子レベルでの構造を詳細に解析するため、bixの部分構造であるベンジルイミダゾール（biz）を用いて、モデル錯体を合成し単結晶化を行った。このモデル系では、RhMOP(biz)2及び、RhMOP(biz)4の単結晶を得ることに成功した。単結晶構造解析の結果、RhMOP(biz)2ではMOPのロジウムパドルウィール錯体の外側部位にのみbixが配位した構造を有していた。この結果は、RhMOP(bix)において、bixが外側部位にのみ配位し一次元構造を形成していることを示唆している。RhMOP(bix)4ではMOPの外側のみならず、内側部位にもbizが配位していた。これは、RhMOP(bix)2において、内側の配位サイトが架橋点として機能し、RhMOPが連結点をf = 4とするクロスリンカーとして機能し、ゲルネットワーク構造を形成していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ゲルなどのソフトマテリアルにおいて、分子レベルでの詳細な構造を決定することは非常に困難である。今年度の研究により、最適なモデル錯体を合成、結晶化し、単結晶X線回折測定により、分子レベルでの構造が、加えるリンカーによってどのように変化していくかを直接可視化できたことは非常に大きな進歩である。

Strategy for Future Research Activity

今年度の成果を元に、最終年度ではソフトマテリアルとして物性評価も含めて行う予定である。