2020 Fiscal Year Research-status Report
溶媒分子置換反応による極性変換を基盤とした協奏的機能開拓
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20K22557
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
小林 文也 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (90884205)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 機能性金属錯体 / 極性集積構造 / 溶媒蒸気応答 / 発光特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱や光、圧力やゲスト分子の吸脱着などの外場刺激に対して柔軟に応答し、可逆的な機能制御が可能となる金属錯体の開発は、センサーやメモリデバイス等への応用の観点から注目されており、重要な研究対象である。本研究課題では、溶媒蒸気の曝露による配位溶媒の置換反応を駆動力とした分子集積構造の変換が可能な単核金属錯体に注目し、極性集積構造の可逆的な変換と中心金属イオンに由来する機能物性を組み合わせた多機能性スイッチング材料の開発を目的とする。
発光特性の発現を期待した単核アルミニウム(III)錯体[Al(sap)(acac)(solv)](solv = MeOH, EtOH, DMSO)を合成し、MeOH体およびEtOH体の結晶構造解析に成功した。DMSO体に関しては粉末X線回折測定の結果から、極性集積構造を形成していることが明らかとなった。これらのサンプルに対してそれぞれ溶媒蒸気を暴露したサンプルを作製し、粉末X線回折測定を行ったところ、MeOH⇔DMSO⇔EtOHに対応する可逆的な配位溶媒の置換反応とこれに伴った極性集積構造の変換が確認された。すべてのサンプルに対して誘電率の測定を行ったところ、極性集積構造の形成に伴う比誘電率の上昇も観測された。固体発光スペクトルの測定からMeOH体、EtOH体、DMSO体はそれぞれ506nm、523nm、521nmに発光極大をもつ緑～黄色発光を示すことが分かり、室温固体状態における発光量子収率測定の結果、MeOH体は34％、EtOH体は45％、DMSO体は42％とそれぞれ高効率な発光特性を示すことが明らかとなった。現在はその他の溶媒分子や金属イオンを用いた錯体の合成を進めており、中心金属イオンや極性集積構造に起因した機能性の評価について検討している。
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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
アルミニウム(III)イオンを用いた新たな発光性単核金属錯体の合成に成功し、溶媒蒸気曝露による可逆的な極性集積構造の変換と誘電特性のスイッチングを達成した。これは本研究で用いている単核金属錯体における溶媒分子の置換反応による極性集積構造の変換がシステム、その他の金属イオンにおいても適用可能であることを示した重要な知見であり、多機能化を含めた今後の更なる展開が期待できる。以上から、おおむね順調であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
極性集積構造に起因したSHG活性や強誘電性・焦誘電性・圧電性といった誘電特性に関する評価を行い、配位溶媒分子の置換が固体物性に与える影響について検討する。また、マンガン(III)イオンやクロム(III)イオンなどの磁気特性が期待される金属イオンに関しても錯体を合成し、構造解析と物性評価を行っていくことで更なる多機能性スイッチング材料の開発を進めていく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響により発令された緊急事態宣言によって、大学の休校措置がとられた期間があり、予算を使用できない期間が生じた。また、大学による研究活動が再開された後も、登校に関する人数制限や在宅勤務の推奨等によって研究活動期間が著しく制限され、大半の研究活動費用を教育研究経費等の予算で賄うことができた。さらに、当初予定されていた国内学会や国際会議等も中止や延期、もしくはオンライン開催となったため、本助成金には余りが生じた。2021年度は複数の国内学会および国際会議での研究成果報告に加えて、温度可変発光スペクトル測定用クライオスタットや特注セル、DFT計算用計算機等の購入を予定しており、余剰分を含めて適切に使用する予定である。
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