2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of energy conversion systems based on photoresponsive molecular crystals
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
21H00411
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
森本 正和 立教大学, 理学部, 教授 (70447126)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 発動分子 / 分子結晶 / エネルギー変換 / フォトクロミズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光応答性分子結晶の光誘起形状変化現象（フォトメカニカル効果）を発展させ、発動分子の機械的な動きを利用した新しいエネルギー変換機構を創出することを目的としている。
フォトメカニカル分子結晶における光－力学エネルギー変換機能と高分子機能の複合化について検討した。これまでにフォトメカニカル分子結晶の表面をポリビニルアルコール薄膜で被覆する手法を確立し、被覆後の分子結晶が可逆的な光誘起屈曲変形を示すことを見いだしていた。そこで、分子結晶表面を機能性高分子で被覆することを試みた。分子結晶を高分子の分散液に浸漬し、その後乾燥する操作を繰り返した。その結晶についてスペクトル測定を行ったところ、高分子由来の吸収帯が観測されたことから、結晶表面に高分子が吸着し、表面被覆が可能であることが示唆された。また、被覆後の分子結晶も紫外光と可視光の照射により可逆的な形状変化を示した。
フォトメカニカル効果に基づく固体物性スイッチングに向けて、アミド基の分子間水素結合による結晶構造制御について検討した。まずはモデル化合物として、アミド基を有する炭素アニオン低分子化合物を用いて、水素結合性第三級アンモニウムカチオンとのイオン結晶を作成した。この結晶においては、第三級アンモニウムカチオンの分子間水素結合による一次元鎖構造とともに、炭素アニオンのスタッキング構造が形成していた。炭素アニオン同士はアミド基部位で分子間水素結合を形成しており、アミド基の導入の有効性が示唆された。今後、アミド基を有する光反応性炭素アニオン分子を設計・合成し、それを構成ユニットとして用いることで、光応答性を有する水素結合分子結晶の構築を目指す。
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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
本年度の研究により、分子結晶を機能性高分子で被覆することが可能であり、被覆後の結晶もフォトメカニカル効果を示すことが分かった。分子結晶における複合機能の創出のための材料設計指針を得ることができた。また、固体物性スイッチングに向けて物質合成を進め、結晶構造制御におけるアミド基の水素結合の有効性が示唆された。よって、現在までの進捗状況としては「おおむね順調に進展している」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
高分子材料との複合化については、高分子被覆分子結晶の光－力学応答機能を評価するとともに、発光性高分子や圧電性高分子などと複合化することで、フォトメカニカル効果に基づく光－力学エネルギー変換を利用した新たな複合機能の創出を目指す。固体物性スイッチングに関しては、アミド基を有する光応答性炭素アニオン分子を含む水素結合分子結晶を作成し、その結晶構造や電気物性、光によるスイッチングについて検討する。
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Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Molecular crystalline capsules that release their contents by light2021
Author(s)
Akira Nagai, Ryo Nishimura, Yohei Hattori, Eri Hatano, Ayako Fujimoto, Masakazu Morimoto, Nobuhiro Yasuda, Kenji Kamada, Hikaru Sotome, Hiroshi Miyasaka, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 12
Pages: 11585～11592
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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