Development of energy-conversion materials by control of supramolecular organization and vibronic interaction

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Nakano Yoshiaki 京都大学, 理学研究科, 助教 (60402757)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉野 治一 大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 教授 (60295681)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 有機導電体 / 超分子化学 / 熱電材料

Outline of Final Research Achievements

In order to develop organic thermoelectric materials, we investigated the structure-property relationship with a focus on organic conductors composed of alkyl group-incorporated CnDABCO (Cn = CnH2n+1) cations and TCNQ-based molecules. TCNQ tends to form 1D stacking structures, whereas F2TCNQ and F4TCNQ, in addition to 1D stacking structures, formed 2D structures. CnDABCO was found to contribute to plasticity and structural complexity due to weak interactions between DABCO moieties and alkyl chains and the low symmetry. A number of these materials were found to exhibit order-disorder transitions due to the plasticity. In addition, (C6DABCO)(TCNQ)2 exhibits low thermal conductivity, providing a guideline for controlling thermal conductivity.

Free Research Field

物性有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

持続可能な社会の実現に向け、希少・毒性元素を含まず、廃棄が容易な有機熱電材料の高性能化が求められている。研究が遅れているものの構造を明確にできる低分子系材料を対象として有機熱電材料開発を行った。アルキル基を導入した有機カチオンとテトラシアノキノジメタン系アクセプター分子から成る様々な有機導電体の結晶構造・物性について検討したところ、アルキル鎖間の弱い相互作用や結晶構造の複雑化が、熱電材料に求められる熱伝導率の低減化に寄与していることが示唆された。本研究の成果は、アルキル基の導入による分子レベルでの熱伝導率制御という学術的意義のみならず、資源・エネルギー・環境問題解決へ向けて社会的意義は大きい。