2020 Fiscal Year Research-status Report
Physical properties of covalent organic frame materials
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20K05253
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 共有結合性有機構造体 / 電子構造 / ナノ炭素物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、種々の炭化水素分子をlinker分子とした、既存のCOFのエネルギー論と電子物性の解明にある。また、相互貫入構造を形成したCOFのエネルギー論と電子状態の解明も目的である。さらに、得られた構造と電子状態の相関を基盤として、新奇電子系を実現する新しいCOFの物質設計を目指す。そこで、初年度は研究計画にある、既存のCOFの物性解明を目指した。
実験的に合成されているCOFの安定な幾何構造と電子物性の解明を行った。特に、立体炭化水素分子(tetraphenylmethane: TPM)とそれ を用いたCOFに着目しその安定性と電子構造の解明を行なった。その結果、当該物質は、極めて得意な電子構造を有する絶縁体であることが明らかになった。すなわち、パイロクロア物質に特有の平坦バンドと線形分散バンドが組み合わさったバンドが価電子帯ならびに伝導帯に出現する。さらに、構造のモデル化を行い、電子構造の解析解を求めたところ、この特徴的な電子状態の起源が、３次元の共有結合ネットワーク中に、パイロクロア対称性を保持して埋め込まれたフェニルやビフェニル構造間の電子の飛び移りによることを明らかにした。また、トリプチセンから構築される２次元共有結合ネットー枠にも着目し、その安定性と電子状態の解明も行なった。この物質では、共有結合ネットワーク中に、カゴメ対称性を満たすように埋め込まれたフェニル／ビフェニルのπ電子が、カゴメバンドと呼ばれる特異なバンドを誘起することを明らかにした。これらの結果は、既存の共有結合性有機構造体は、これらの特異な電子構造を起源とする、新しい電子物性／光物性のフィールドとなることを明らかにした。
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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
当初研究計画では、実験的に合成されているCOFの安定な幾何構造と電子物性の解明を行うことになっていた。特に、linker分 子とlinkage分子が共重合することにより形成するπ電子系のネットワークに着目し、π電子 系の幾何構造による、バンドエッジ/フェルミレベル近傍の電子物性の分類とその物理的起 源の解釈を行う。この計画に対して、２次元、３次元の共有結合構造体に対して、その安定構造の決定と電子構造の解明を行なった。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２１年度は相互貫入構造を有するCOFの物性解明を行う。実験的に合成されているCOFの多くは、共有結合ネットワークに包含された大きな空隙により、相互貫入構造を有している。相互貫入構造は、分子性固体系や原子層物質系において見られるファンデルワールス複合系と定性的に等価なシステムとみなすことが可能である。他方、COFの相互貫入構造は、既存のファンデルワールス複合系では実現が難しい、３次元のファンデルワールス複合系や次元性の異なる共有結合ネットワークからなるファンデルワールス複合系（3D+1D、3D+2D）の実現が可能である。ここでは、相互貫入構造のステージ性や次元性に着目し、相互貫入系の安定構造と電子状態の解明を行う。また、貫入構造による各種物性変調の解明と貫入構造制御による物性デザイン方策の提示を行う。
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Research Products
(17 results)
