2015 Fiscal Year Annual Research Report
有機ラジカルのＳＯＭＯ制御による新しい光・電子機能性ポリマーの開拓
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24225003
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
西出 宏之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90120930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小柳津 研一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)
錦谷 禎範 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50708625)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 高分子合成 / 有機ラジカル / 機能性高分子 / 蓄電 / 光電変換 / 電荷輸送 / 有機エレクトロニクス / 電子交換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機安定ラジカル種のSOMO（Singly Occupied MO）が関与する可逆的かつ速い電子授受にはじめて着目し、世界に先駆け合成してきたラジカルポリマー群による高速電荷輸送と高密度電荷貯蔵の発見とその解釈を起点として、π共役物性に支配される従来の導電性ポリマーから脱却した、電子交換反応に基く導電・蓄電物質の基礎科学を描象することを目的としている。大流束電荷輸送系の創出とヘテロ接合を用いた流束制御を基軸とした現象の普遍化により計り、有機ラジカル種の拡充による超高速化やpnバイポーラ性など新規物性も活用してSOMO-π共役複合系へと一般化する道筋で、効率高い光電荷変換など有機物性機能の新領域を開拓している。平成28年度の主な実績は以下である。
（1）ラジカルポリマーの合成有機化学 前年度に引き続いて、ラジカルポリマーを与える反応有機化学を幅広く追究し、生長鎖の反応性や官能基耐性に基づくラジカル共存下でも可能な合成化学として確立した。
（2）ラジカルポリマー/液相界面の構築と電荷分離・輸送 ラジカルポリマーから構成されるレドックス凝縮系をネットワークやブラシ構造で合成し、効率的な電荷分離・輸送を実現した。印加電圧に依存し電気化学応答するスマート界面を界面構造とレドックス能の相関で解明した。
（3）ラジカルポリマーによる光電変換の確立 SOMO関与の光電荷分離を精密合成された色素分子へ展開し、ラジカルポリマーが形成する界面を分子レベルの電荷分離場とする光電変換を実証した。ラジカル光電変換系のモデルおよび電気化学測定から得られる物質拡散や電荷分離パラメータと相関させ、光電変換効率10％の光電変換系として構築した。
（4）高分子水素キャリアへの新展開 フルオレノンポリマーが電解水素付加、引き続き水素発生することを見い出し、実証実験を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
SOMO制御に関する基礎知見に基づいて、電荷輸送から実デバイスまで、当初目標・計画に沿って成果が上がっている。特に、高分子固体での電荷輸送を水素輸送へと展開し、従来にない高分子水素キャリアの創製につながったことは特筆すべき成果と考えており、当初計画以上に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度として以下を計画している。
（1）ラジカルポリマー/液相界面の構築と効率高い電荷分離・輸送を実現するため、導電体の表面にラジカルブラシを密度高く合成し、印加電圧に依存し電気化学応答するスマート界面を創出、界面構造とレドックス能の相関を解明する。また電解液に液晶分子を共存させ、ラジカルポリマー層の表面電荷に基づく液晶配向をイオン電導のスイッチングおよび伝導の異方性につなげ、例えば自己放電抑止として試験する。
（2）SOMO関与の光電荷分離を精密合成された色素系へ展開し、ラジカルとの界面を分子レベルの電荷分離場とする光電変換を実証する。光照射に伴うレドックス応答を各種分光法などから明らかにする。10％超えの光電変換効率を分子構造との相関で体系化し、ラジカルポリマーによる光電変換系として構築する。
（3）有機負極活物質として有用性を見い出したフルオレノンポリマーの可逆的な負電荷貯蔵を水素付加体を与える電解水素化に拡張実験し、水素発生のサイクルが高分子の場で進行することを定量する。従来にない高分子水素キャリアとして可能性を描く。
以上を総合して、SOMO制御に関する基本的手法を開拓された新しい光・電子機能性ポリマーを取りまとめ、新型太陽電池や次世代蓄電池など実デバイスに波及する実践的化学として確立する。
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