2023 Fiscal Year Annual Research Report
分子の物理・化学吸着による炭素表面での自在ナノ構造作成と機能開拓
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20H02553
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
田原 一邦 明治大学, 理工学部, 専任教授 (40432463)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / 固液界面 / 物理吸着 / 化学吸着 / 炭素材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素材料表面をナノレベルで自在修飾する方法の開発は、それら材料の電子状態や物理的性質の精密制御に重要である。分子による表面修飾法には、物理吸着法と化学吸着法がある。本課題では、設計した有機分子によりこの二つの修飾法を深化させ、融合させた独自のナノレベル修飾法を確立する。具体的には、溶媒とグラファイトやグラフェンとの界面において、物理吸着による数十nmの周期を持つ階層的な自己集合単分子膜の作成指針の確立と、自己集合単分子膜が示すキラリティーの高度制御とその利用を第一の目的とする。第二に、物理吸着による自己集合単分子膜を鋳型としたグラファイトやグラフェンへの化学吸着をナノレベルで制御する独自の修飾法を発展させる。最終的には新規修飾グラフェンによる電子デバイスへの応用を目指す。
1. 二次元分子集合体の高度構造制御と機能開拓
長鎖アルキル基とヒドロキシ基の直交する官能基を持つ三方型分子が動的な立体配座選択により、階層的な二次元分子集合体を形成することを以前に報告している。長鎖アルキル基にキラリティーを導入した分子や、溶媒にキラルなカルボン酸を用いることで、階層的な分子集合体のキラリティー制御を実現したことを論文としてまとめた。
その他にも、二等辺三角形コアを持つ分子の有機溶媒とグラファイト界面における相挙動や、七角形状を持つ分子の二次元分子集合体が七角形タイルの充填に相当することを明らかにし、論文として報告した。
2.炭素表面の共有結合形成を伴う周期的な化学修飾
多様な周期修飾表面を用いてその分子認識能を評価した。特に、ホモキラルに周期修飾された表面を用いて、そのキラリティーの伝搬について継続して調査した。その結果、ホモキラルに周期修飾された表面が複数のアキラル分子の集合体に影響することを明らかにした。さらにその要因が構造の周期性に起因す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
1. 二次元分子集合体の高度構造制御と機能開拓
分子構造と溶媒極性の変調によって動的に分子の立体配座を制御して、階層的な分子集合体を構築するとともに、そのキラリティーを完全に制御した。さらに、二等辺三角形分子の固液界面での相挙動、七角形分子の自己集合についても明らかにした。加えて、化学修飾された空孔において分子の回転挙動を制御できることを明らかにした。これらのことから、順調に進展していると言える。
2.炭素表面の共有結合形成を伴う周期的な化学修飾
周期修飾された表面のうち、特に、ホモキラルな表面を用いた他の分子のキラリティーの誘起について調べた。この、ホモキラルな化学修飾表面からのキラリティー誘起は過去に例はなく、その誘起機構の理解は、将来的なキラル分子のセンシングや分離、反応制御に重要だと期待される。以上のことから、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も当初計画に従いながら、これまで得た知見を今後の計画策定にも活用して進めていく。項目１については、概ね目的を達成しつつあるので、今後は、項目２の周期的な化学修飾炭素材料について、特にグラフェンを基材とした検討を進めていく。さらに、今後の研究の萌芽とするため、表面における共有結合構造体の合成などに着手する。引き続き、国外の研究協力者とも十分に打ち合わせを続けて、効率的に研究を展開する
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