高度に組織化された高密度共役分子集積体の光・電子機能
| Project Area | Condensed Conjugation Molecular Physics and Chemistry: Revisiting "Electronic Conjugation" Leading to Innovative Physical Properties of Molecular Materials |
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| Project/Area Number |
20H05868
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 建児 京都大学, 工学研究科, 教授 (80262145)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970)
渡邉 峻一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40716718)
竹内 正之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (70264083)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥186,030,000 (Direct Cost: ¥143,100,000、Indirect Cost: ¥42,930,000)
Fiscal Year 2022: ¥31,330,000 (Direct Cost: ¥24,100,000、Indirect Cost: ¥7,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥28,860,000 (Direct Cost: ¥22,200,000、Indirect Cost: ¥6,660,000)
Fiscal Year 2020: ¥64,090,000 (Direct Cost: ¥49,300,000、Indirect Cost: ¥14,790,000)
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| Keywords | 有機機能材料 / 自己組織化 / ２次元表面・界面 / 電子物性 / 物理量変換 |
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| Outline of Research at the Start |
高密度な２次元共役状態を創り出すための分子集積化法を開発し、表面・界面における分子集合体形成に適用し、高密度共役状態がもたらす軽い電子の新しい電子・光機能を探求する。STMにより配列構造を調べる技術や、２次元大面積稠密集積化技術など、独自に開発した手法を駆使して集積体を構築し、励起子・電荷・スピン・フォノンの次元を含めた状態制御へと展開する。表面・界面で精緻に形成された２次元分子集積体のキャリアドーピングを極め、電子相転移現象の発現だけでなく物理量変換の場として展開する。高密度共役物性評価支援拠点を核とした共同研究を領域内で積極的に推進する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
優れたキラル光学特性を示すヘリセン誘導体を目指し、磁気遷移が大きくかつ部分的に電気許容となるような遷移を示す[7]ヘリセン誘導体を合成し、高い蛍光量子収率と高い円偏光発光非対称因子の両立を達成した。また、D2対称性を持つ分子の電気遷移と磁気遷移の方向が全ての遷移で平行（反平行）になるという、群論に基づく知見に着目し、[5]ヘリセンをフェニレン架橋により二量化した8の字型ヘリセン二量体を合成し、高い円偏光発光非対称因子を達成した。
らせん状ナノグラフェン分子の分子機能の解明を目的として、UDFT計算を用いて交換相互作用の減衰定数に基づく電子輸送特性について検討を行い、π拡張ヘリセンが、らせん骨格のオレフィン様の電子構造に起因して、優れた分子ワイヤとして知られるリレンに匹敵する電子輸送特性を持つ可能性を理論的に予測した。また、熱的に安定ならせんキラリティーを有する近赤外発光色素を目指し、テトラベンゾ[7]ヘリセンの合成を行い、この化合物が近赤外領域で幅広い蛍光を示す、キラル発光材料として働くことを示した。
特異な高密度集合化能を示すプロペラ分子を用いた設計戦略を展開し、汎用ポリマーの側鎖官能基化による機械特性の劇的向上、巨大金属酸化物クラスターのサイズ・形状選択的合成、反応性官能基を面選択的に導入した誘導体による高い構造規則を有する固相重合膜の開発などを達成した。また、新たな高密度共役分子集合体の創製へ向けたビルディングブロックとして、高電子受容性プロペラ分子、双極性回転子を導入したヘキサアリールベンゼン誘導体などを開発した。
距離と配向が制限された多層型共役系オリゴマーを2量体から5量体まで新規に合成し、その酸化還元特性、温度応答性を明らかとした。
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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
優れたキラル光学特性を示すヘリセン誘導体を目指し、目的の高い蛍光量子収率と高い円偏光発光非対称因子の両立を達成した。熱的に安定ならせんキラリティーを有する近赤外発光色素の合成に成功した。
特異な高密度集合化能を示すプロペラ分子を用いた設計戦略を展開し、汎用ポリマーの側鎖官能基化による機械特性の劇的向上、巨大金属酸化物クラスターのサイズ・形状選択的合成などを達成した。
距離と配向が制限された多層型共役系オリゴマーを2量体から5量体まで新規に合成し、その酸化還元特性、温度応答性を明らかとした。
以上の結果が得られており、本研究課題は目的の達成に対しておおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、固液界面での分子集積について、開殻系分子の配列形成に取り組む。これまでにラジカルが置換した分子ワイヤにおけるコンダクタンスの増加を明らかにしたので、今後は分子ワイヤ上のスピン密度とコンダクタンスの定量的関係を明らかにすることを目指す。また、機能性自己組織化単分子膜について、電場応答性メモリの設計コンセプトとしての、双極性回転子と回転抑制基を交互かつ高密度で配列させた環状アレイに基づく双安定性分子システムを目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(19 results)
