POSS元素ブロックによるデザイナブルハイブリッドの創出

• 研究課題/領域番号: 17H01220
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 有機・ハイブリッド材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中條 善樹 京都大学, 工学研究科, 名誉教授 (70144128)
• 研究分担者: 田中 一生 京都大学, 地球環境学堂, 教授 (90435660) ; 権 正行 京都大学, 地球環境学堂, 助教 (90776618)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 44,070千円 (直接経費: 33,900千円、間接経費: 10,170千円); 2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2020年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2019年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2017年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
• キーワード: かご型シルセスキオキサン / ハイブリッド / POSS / イオン液体 / フィラー / 有機無機ハイブリッド

研究成果の概要

設計に従い合成された機能性かご型シルセスキオキサン（POSS）を基盤として「デザイナブルハイブリッド」と呼べる様々な機能性有機－無機複合材料の開発を行うことができた。本概念の基づき、熱安定性を有する規則構造形成と機能発現、熱物性との相反関係を両立する分子フィラー開発、光学・磁気的機能を持つ先端材料などの新奇材料を創出することに成功した。以上、「デザイナブルハイブリッド」の設計性の高さや様々な特性を示し、その汎用性の高さから各分野における課題の解決や新奇の材料設計指針を確立することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

分子設計に基づく「デザイナブルハイブリッド」の概念の確立により、ハイブリッド化によって達成される有機材料と無機材料のそれぞれの機能をより高いレベルで混合可能となるだけでなく、従来手法では得られない新奇物性の発現を見出すことができた。このように、混合系であるハイブリッド材料を目的に応じてデザインする指針を示すことに成功し、学術的意義は極めて大きいと期待する。また、明確な材料設計指針をもとに所望の機能を有する材料を創出可能であることから、社会の喫緊の課題解決にも役立つ。すなわち、偶然性に大きく影響された試行錯誤による複合材料開発を脱却できることから、産業的・社会的意義も大きいと言える。

研究成果

• [雑誌論文] Acceleration of Chemiluminescence Reactions with Coumarin-modified Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (2022)
  • 著者名/発表者名: Iizuka Daisuke、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: － 号: 5 ページ: 743-747
  • DOI: 10.1246/bcsj.20220039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Positive Luminescent Sensor for Aerobic Conditions Based on Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane Networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Suenaga Kazumasa、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Chemical Research in Chinese Universities 巻: 37 号: 1 ページ: 162-165
  • DOI: 10.1007/s40242-021-0398-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paintable Hybrids with Thermally Stable Dual Emission Composed of Tetraphenylethene-Integrated POSS and MEH-PPV for Heat-Resistant White-Light Luminophores (2021)
  • 著者名/発表者名: Gon Masayuki、Saotome Satoru、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 13 号: 10 ページ: 12483-12490
  • DOI: 10.1021/acsami.0c22298
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Refractive-Index Hybrids Consisting of Water-Soluble Matrices with Bipyridine-Modified Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane and Lanthanoid Cations (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda Kazunari、Kakuta Takahiro、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymers 巻: 12 号: 7 ページ: 1560-1560
  • DOI: 10.3390/polym12071560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design for multi-step mechanochromic luminescence property by enhancement of environmental sensitivity in a solid-state emissive boron complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Saotome Satoru、Suenaga Kazumasa、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Materials Chemistry Frontiers 巻: 4 号: 6 ページ: 1781-1788
  • DOI: 10.1039/c9qm00719a
  • 査読あり
• [雑誌論文] An optical sensor for discriminating the chemical compositions and sizes of plastic particles in water based on water-soluble networks consisting of polyhedral oligomeric silsesquioxane presenting dual-color luminescence (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Ryota、Narikiyo Hayato、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Materials Chemistry Frontiers 巻: 3 号: 12 ページ: 2690-2695
  • DOI: 10.1039/c9qm00510b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning of Sensitivity in Thermochromic Luminescence by Regulating Molecular Rotation Based on Triphenylamine‐Substituted o ‐Carboranes (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishino Kenta、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Asian Journal of Organic Chemistry 巻: 8 号: 12 ページ: 2228-2232
  • DOI: 10.1002/ajoc.201900537
  • NAID: 120006777005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stretchable Conductive Hybrid Films Consisting of Cubic Silsesquioxane-capped Polyurethane and Poly(3-hexylthiophene) (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato Keigo、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymers 巻: 11 号: 7 ページ: 1195-1195
  • DOI: 10.3390/polym11071195
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxygen-Resistant Electrochemiluminescence System with Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Ryota、Narikiyo Hayato、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymers 巻: 11 号: 7 ページ: 1170-1170
  • DOI: 10.3390/polym11071170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement of Solid-State Excimer Emission of the Aryl-Ethynyl-o-Carborane Skeleton by Acridine Introduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Ochi Junki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: European Journal of Organic Chemistry 巻: 2019 号: 19 ページ: 2984-2988
  • DOI: 10.1002/ejoc.201900212
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of bright-emissive hybrid materials based on light-harvesting POSS having radially integrated luminophores and commercial π-conjugated polymers (2019)
  • 著者名/発表者名: Gon Masayuki、Sato Keita、Kato Keigo、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Materials Chemistry Frontiers 巻: 3 号: 2 ページ: 314-320
  • DOI: 10.1039/c8qm00518d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular fillers for increasing the refractive index of polystyrene hybrids by chain assembly at polyhedral oligomeric silsesquioxane (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Kazunari、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 52 号: 5 ページ: 523-528
  • DOI: 10.1038/s41428-019-0302-4
  • NAID: 40022335644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spiral Eu(III) coordination polymers with circularly polarized luminescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuchika Hasegawa, Yui Miura, Yuichi Kitagawa, Satoshi Wada, Takayuki Nakanishi, Koji Fushimi, Tomohiro Seki, Hajime Ito, Takeshi Iwasa, Tetsuya Taketsugu, Masayuki Gon, Kazuo Tanaka, Yoshiki Chujo, Shingo Hattori, Masanobu Karasawa and Kazuyuki Ishii
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 76 ページ: 10695-10697
  • DOI: 10.1039/c8cc05147j
  • NAID: 120006727594
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluoroalkyl POSS with Dual Functional Groups as a Molecular Filler for Lowering Refractive Indices and Improving Thermomechanical Properties of PMMA (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda Kazunari、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymers 巻: 10 号: 12 ページ: 1332-1332
  • DOI: 10.3390/polym10121332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic chirality inversion of lanthanide complex induced by achiral molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Wada Satoshi、Kitagawa Yuichi、Nakanishi Takayuki、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Fushimi Koji、Chujo Yoshiki、Hasegawa Yasuchika
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 16395-16395
  • DOI: 10.1038/s41598-018-34790-0
  • NAID: 120006543299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of luminescent properties of helicene-like bibenzothiophenes with o-carborane and 5,6-dicarba-nido-decaborane (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishino Kenta、Hashimoto Kazushi、Tanaka Kazuo、Morisaki Yasuhiro、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Science China Chemistry 巻: 61 号: 8 ページ: 940-946
  • DOI: 10.1007/s11426-018-9258-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress in the development of advanced element-block materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 50 号: 1 ページ: 109-126
  • DOI: 10.1038/pj.2017.56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, properties and structure of borafluorene-based conjugated polymers with kinetically and thermodynamically stabilized tetracoordinated boron atoms (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Takuya、Ito Shunichiro、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 50 号: 2 ページ: 197-202
  • DOI: 10.1038/s41428-017-0002-x
  • NAID: 40021452685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of intramolecular excimer emission in luminophore-integrated ionic POSSs possessing flexible side-chains (2018)
  • 著者名/発表者名: Narikiyo Hayato、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Materials Chemistry Frontiers 巻: 2 号: 8 ページ: 1449-1455
  • DOI: 10.1039/c8qm00181b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of Luminescent Chromic Behaviors and Environment-Responsive Intensity Changes by Substituents in Bis-o-carborane-Substituted Conjugated Molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori, H.; Nishino, K.; Wada, K.; Morisaki, Y.; Tanaka, K.; Chujo Y.
  • 雑誌名: Mater. Chem. Front. 巻: 2 号: 3 ページ: 573-579
  • DOI: 10.1039/c7qm00486a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of a near-infrared light-absorbing polymer based on thiophene-substituted Aza-BODIPY (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamane Honami、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 50 号: 3 ページ: 271-275
  • DOI: 10.1038/s41428-017-0014-6
  • NAID: 40021480233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual emission via remote control of molecular rotation of o-carborane in the excited state by the distant substituents in tolane-modified dyads (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishino Kenta、Uemura Kyoya、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 42 号: 6 ページ: 4210-4214
  • DOI: 10.1039/c7nj04283c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of the cis- and trans-Conformations in the Bis-o-carborane Substituted Benzodithiophenes and Emission Enhancement Effect on Luminescent Efficiency by Solidification (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishino, K.; Uemura, K.; Tanaka, K.; Morisaki, Y.; Chujo Y.
  • 雑誌名: Eur. J. Org. Chem. 巻: 2018 号: 12 ページ: 1507-1512
  • DOI: 10.1002/ejoc.201701641
  • NAID: 120006537102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescent color tuning with polymer films composed of boron diiminate conjugated copolymers by changing the connection points to comonomers (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Madoka、Ito Shunichiro、Hirose Amane、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 9 号: 15 ページ: 1942-1946
  • DOI: 10.1039/c8py00283e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of solution and solid-state emission with conjugated polymers based on the boron pyridinoiminate structure by ring fusion (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Madoka、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer 巻: 142 ページ: 127-131
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2018.03.040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement to Luminescent Efficiencies by Thermal Rearrangement from ortho- to meta-Carborane in Bis-Carborane-Substituted Acenes (2018)
  • 著者名/発表者名: Naito, H.; Morisaki, Y.; Tanaka, K.; Chujo Y.
  • 雑誌名: Eur. J. Org. Chem. 巻: 2018 号: 16 ページ: 1885-1890
  • DOI: 10.1002/ejoc.201800151
  • NAID: 120006537103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of Conjugated Molecules Presenting Short-Wavelength Luminescence by Utilizing Heavier Atoms of the Same Element Group (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Madoka、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Chemistry - An Asian Journal 巻: 13 号: 10 ページ: 1342-1347
  • DOI: 10.1002/asia.201800264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembly of [Au(CN)2]? Complexes with Tomato (Solanum lycopersicum) Steroidal Alkaloid Glycosides to Form Sheet or Tubular Structures (2018)
  • 著者名/発表者名: Toohara Souta、Tanaka Yasuaki、Sakurai Shinichi、Ikeda Tsuyoshi、Tanaka Kazuo、Gon Masayuki、Chujo Yoshiki、Kuroiwa Keita
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 47 号: 8 ページ: 1010-1013
  • DOI: 10.1246/cl.180320
  • NAID: 130007431043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pure-color and dual-color emission from BODIPY homopolymers containing the cardo boron structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamane Honami、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 9 号: 28 ページ: 3917-3921
  • DOI: 10.1039/c8py00619a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Highly Efficient Near-Infrared-Emissive Copolymer with a N=N Double-Bond π-Conjugated System Based on a Fused Azobenzene-Boron Complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 印刷中 号: 22 ページ: 6546-6551
  • DOI: 10.1002/anie.201803013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat-Resistant Mechanoluminescent Chromism of the Hybrid Molecule Based on Boron Ketoiminate Modified Octa-Substituted Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (2017)
  • 著者名/発表者名: Suenaga, K.; Tanaka, K.; Chujo, Y.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 23 号: 6 ページ: 1409-1414
  • DOI: 10.1002/chem.201604662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of the Optical Sensor for Discriminating Isomers of Fatty Acids Based on Emissive Network Polymers Composed of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (2017)
  • 著者名/発表者名: Narikiyo, H.; Kakuta, T.; Matsuyama, H.; Gon, M.; Tanaka, K.; Chujo, Y.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. 巻: 25 号: 13 ページ: 3431-3436
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2017.04.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] POSS-Based Molecular Fillers for Simultaneously Enhancing Thermal and Viscoelasticity of Poly(methyl methacrylate) Films (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, K.; Kozuka, H.; Ueda, K.; Jeon, J.-H.; Chujo, Y.
  • 雑誌名: Mater. Lett. 巻: 203 ページ: 62-67
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2017.05.127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Highly-Sensitive Detection System in 19F NMR for Bioactive Compounds Based on the Assembly of Paramagnetic Complexes with Fluorinated Cubic Silsesquioxanes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kakuta, T.; Narikiyo, H.; Jeon, J.-H..; Tanaka, K.; Chujo, Y.
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 25 号: 4 ページ: 1389-1393
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2016.12.044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of POSS Derivatives Having Dual Types of Alkyl Substituents and Their Application as a Molecular Filler for Low-Refractive and Highly Durable Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda, K.; Tanaka, K.; Chujo, Y.
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 90 号: 2 ページ: 205-209
  • DOI: 10.1246/bcsj.20160338
  • NAID: 130005332368
  • ISSN: 0009-2673, 1348-0634
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] かご型シルセスキオキサンの立体構造を活かした発光材料の設計と合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 権 正行、田中一生、中條善樹
  • 学会等名: 第70回高分子討論会
• [学会発表] Preparation of Paintable Hybrid Polymers Showing Thermally-Stable White-Light Emission Based on POSS (2021)
  • 著者名/発表者名: Gon Masayuki、Saotome Satoru、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会(2021)
• [学会発表] POSS誘導体と共役系高分子を用いた高輝度発光性ハイブリッド薄膜の作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 権 正行、佐藤啓太、田中一生、中條善樹
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] 応力を可視化する二重発光伸縮性ハイブリッド材料の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 権 正行、加藤圭悟、田中一生、中條善樹
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] 応力を可視化する二重発光伸縮性ハイブリッド材料の作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 権 正行、加藤圭悟、田中一生、中條善樹
  • 学会等名: 第38回無機高分子研究討論会
• [学会発表] Preparation of Bright-emissive Conjugated Polymer Hybrid Materials Based on Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (2019)
  • 著者名/発表者名: Gon Masayuki、Sato Keita、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
  • 学会等名: 日本化学会 第100春季年会
• [学会発表] Luminescent Chromic Sensors Based on Excitation-Driven Boron Complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Tanaka; Yoshiki Chujo
  • 学会等名: US-Japan Organic/Inorganic Hybrid Materials Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Solid-State Luminescent Materials Based on Flexible “Element-Blocks” with Group 13 Elements (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Tanaka; Yoshiki Chujo
  • 学会等名: the Collaborative Conference on Materials Research (CCMR)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of group 13 element-containing polymers presenting stimuli-responsive luminescent chromism (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Tanaka; Yoshiki Chujo
  • 学会等名: The 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 電気化学発光材料および該材料が固定化されたＩＴＯ電極 (2019)
  • 発明者名: 中村亮太;中條善樹;田中一生;権正行;成清颯斗
  • 権利者名: 中村亮太;中條善樹;田中一生;権正行;成清颯斗
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 微粒子検出材料および該材料を使用した微粒子検出方法 (2018)
  • 発明者名: 中村亮太;中條善樹;田中一生;権正行;成清颯斗
  • 権利者名: 中村亮太;中條善樹;田中一生;権正行;成清颯斗
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] 硬化性樹脂組成物及びそれを用いた柔軟膜 (2016)
  • 発明者名: 西明泰寛、横内直樹、外崎桂樹、中條 善樹、田中一生、角田貴洋
  • 権利者名: 矢崎総業株式会社、国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-163245
  • 出願年月日: 2016-08-24
• [産業財産権] 画像処理装置、磁気共鳴イメージング装置、画像処理方法、およびプログラム (2016)
  • 発明者名: ドゥニ ルビアン、飯間麻美、矢野浩二朗
  • 権利者名: 京都大学
  • 取得年月日: 2016-10-04
  • 説明: 15/122,601 2016年8月30日
  • 外国
• [産業財産権] 画像処理装置、磁気共鳴イメージング装置、画像処理方法、およびプログラム (2014)
  • 発明者名: ドゥニ ルビアン、飯間麻美、矢野浩二朗
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-03-05
  • 取得年月日: 2018-02-09