2022 Fiscal Year Annual Research Report
Science of Post-nanocarbons: Structural science of nano π-space
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20H05672
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
磯部 寛之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (30302805)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | ナノカーボン / 有機合成化学 / 物理有機化学 / 巨大分子 / 湾曲π共役 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は「ポストナノカーボン科学：ナノπ空間の精密構造科学」と題し，明確・一義な構造を持つ新しいナノカーボン分子を設計・合成し，その特性解明に基づく機能開拓を目指す．「大きく曲がったπ電子系の特性とはなにか？」という根源的な問いに対し，「新分子・新物質創造」によりその解を追い求めることを目的とする．「1. 多様構造の創造」，「2. 基本特性の解明」，「3. 機能性への展開」の3項目を検討項目とし，その三つ巴の研究展開により，「分子性ナノカーボンの科学」を発展させる．
本研究期間では，具体的に以下の成果を挙げた．「1. 多様構造の創造」では，湾曲ナノカーボン分子の構造の多様化という観点から，負の曲率を有するサドル構造，ハイパーロイド構造を有するナノカーボン分子の設計・合成を行った．これらの合成にあたり，合成の最適条件を簡便に決定できる手法として，実験計画法と機械学習を組み合わせた条件最適化手法の開発にも取り組んだ．「2. 基本特性の解明」については，サドル構造，ハイパーロイド構造を有するナノカーボン分子を通して，ナノカーボン分子の「曲率」を定量的に評価する指標を開発した．構造と特性の相関を解明するにあたって有益な指標となることが期待される．「3. 機能性への展開」においては，「固体内慣性回転」を示す直径縮小型キラル有限長カーボンナノチューブ分子による超分子会合体について，ハロゲン置換基を有する極性回転子の導入に成功し，その誘電特性の評価を行なった．また，これらの超分子会合体については，ホストとゲストが何対何で会合体を形成するのか，という「会合比決定問題」があったが，赤池情報量規準 (AIC) を用いた手法が有効であることを示した．
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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
主題となる研究項目，「1. 多様構造の創造」，「2. 基本特性の解明」において，実験計画法と機械学習を組み合わせた条件最適化手法，曲率評価指標など，分子性ナノカーボンの科学をさらに発展させるための基盤が築かれつつある．「3. 機能性への展開」においては，「固体内慣性回転」を示す直径縮小型キラル有限長カーボンナノチューブ分子にハロゲン置換基を有する極性回転子の導入に成功し，その誘電特性の評価も行なった．これらの検討を通して，本研究課題の根幹となる「大きく曲がったπ電子系の特性とはなにか？」という問いの答えに近づきうる成果を挙げつつある．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究全般について大きな変更はせず，引き続き研究を遂行する．本研究課題での主要な項目のうち「1. 多様構造の創造」，「2. 基本特性の解明」については，これまでに確立した独自の「1,3,5-三置換ベンゼン（フェナイン）を構成要素としたナノカーボン分子設計法」や実験計画法と機械学習を組み合わせた条件最適化手法，曲率評価指標を活用することで，構造と物性の相関を明らかにしていく．「3. 機能性への展開」の項目についても，「固体内テラヘルツ回転を実現する超分子会合体」において，極性回転子が与える誘電応答特性・磁化率応答特性，電気伝導率変化などを評価することで，固体物性の機能開拓に繋げていく．
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