2021 Fiscal Year Research-status Report
Creation of functional tough materials utilizing supramolecular interactions
| Project/Area Number |
20K21225
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
山口 浩靖 大阪大学, 理学研究科, 教授 (00314352)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
|
| Keywords | 超分子錯体 / 水素結合 / 配位結合 / 光誘起電子移動 / 合成高分子 / エネルギー変換 / 特異性 / 機能性材料 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は昨年度から引き続き、汎用性高分子に金属イオンを添加することに寄る特異的な高分子集積挙動に関する詳細検討を行うとともに、合成高分子に機能性低分子化合物を添加することによる新規機能性ハイブリッド材料創製に関する研究を行った。
天然の光合成システムは、タンパク質マトリックス中に固定された電子供与体と受容体との間で効率良く電子が移動する。本研究では、ポリビニルピロリドン（PVP）が電子供与体であるテトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸 (TPPS) およびその亜鉛錯体(ZnTPPS)とそれぞれ水素結合または配位結合によって錯体を形成することを見出した。TPPSまたはZnTPPS の水溶液に電子受容体の一種メチルビオローゲン(MV2+)を添加すると、UV-Visスペクトルにおいてポルフィリンの吸収帯の長波長シフトが観察されるた。PVP存在下ではそのような波長シフトは見られなかった。これらの水溶液に可視光を照射すると、PVP存在下でもポルフィリンからMV2+への電子移動に基づくポルフィリンの蛍光強度減少が見られたことから、PVP添加系ではTPPSまたはZnTPPSからMV2+への長距離電子移動が起こっていると考えられる。MV2+はポルフィリンから電子を受け取るとカチオンラジカルとなり、605nmに吸収極大を与える青色の水溶液となる。この吸光度の経時変化をモニターした結果、PVP存在下で多くの電子移動生成物を与えることがわかった。PVPが光エネルギーから化学エネルギーへの変換に重要な役割を果たしていることがわかった。
PVPとポルフィリンとの特異的な相互作用を高分子間架橋ユニットとして材料に組み込み、上記の長距離電子移動反応を活用することにより、新たな精密反応制御場としての超分子機能性材料創製へと展開するための重要な結果が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度に見いだされた汎用性高分子への低分子添加による高分子集積現象をもとに、本年度は機能性色素であるポルフィリンを添加することによる特異的な超分子錯体形成を見出し、さらにこの現象を利用して長距離光誘起電子移動システムを実現させることができた。汎用性高分子と機能性色素を混合するだけでポルフィリンと電子アクセプターとの間の相互作用を制御でき、光誘起電子移動生成物量が高分子存在下で増大する興味深い結果が得られた。次年度以降、今回得られた知見をもとに、さらに高分子側鎖に機能性低分子との相互作用部位を積極的に導入することにより新たな展開が期待できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
高分子材料の物理的強度をさらに高めるために、水系で強く働く相互作用、π－π相互作用や疎水性相互作用を活用する。これらの相互作用が特定の2種類の化合物間で働くような分子設計を行う。本年度に健闘した電子ドナーとアクセプターからなる電荷移動錯体の形成を利用する。電子ドナーと電子アクセプターをそれぞれ高分子側鎖に導入した線状高分子を合成し、この2種ポリマーを混合すると、側鎖間に電荷移動錯体が形成され、この錯体形成が複数箇所で起こることにより高分子鎖が架橋されてゲルになると予想される。その結果、電荷移動錯体形成に由来すると考えられる着色とともに、溶液の粘度が増大し、溶媒の種類に依存したゲル形成が可能になる。電荷移動錯体が形成されると新たな吸収帯が長波長側に現れることから、この系のゲル形成のドライビングフォースになっている電荷移動錯体形成による架橋が分光法により定量的に解析できる可能性がある。ヒドロゲルをエネルギー変換の反応場として注目し、機能性超分子材料の創製実験を行う予定である。
|
| Causes of Carryover |
当該年度は参加した学会がオンラインで開催されたために、当初予定していた旅費の支出金額に変更が生じた。翌年度からは学会が現地開催される可能性が高くなると予想されるため、このような変更および当初予算と実質経費との差額は少なくなるものと予想される。今回生じた金額と翌年度分として請求した助成金との合計額にて、学会発表の追加、本年度購入した光照射装置に付随する光学フィルターの購入、および研究に必要な実験試薬の補充を行う予定である。
|
