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短工程で合成可能な有機π共役系分子を基盤とした光電子プラットフォーム材料の創出

研究課題

研究課題/領域番号 19J12257
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
研究機関九州大学

研究代表者

鹿毛 悠冬  九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード近赤外色素 / 置換基効果 / BODIPY / 近赤外OLED / 近赤外ASE
研究開始時の研究の概要

可視近赤外領域の光吸収特性に優れた有機π共役系分子は、半導体特性や特異な発光特性から、色素としての利用のみならず有機薄膜太陽電池(OPV)をはじめとする有機エレクトロニクスへの応用がなされ、現代社会を支える機能性分子材料として広く研究されている。一方で、真に有機エレクトロニクスに資するためには、生産コストの観点から、優れた物性を有するだけでなく簡便に合成可能かつ化学修飾が容易で、種々の応用が可能な分子骨格が求められている。本研究では、これまで研究対象としてきた新規色素をプラットフォーム骨格として用いることで、物性と生産コストを両立させる新規有機π共役系分子の創出に挑む。

研究実績の概要

光電子プラットフォーム材料の創出を目的として、ピロロピロール-aza-BODIPY (PPAB)の置換基効果の解明を基軸に合成・物性研究を展開し、一部応用検討まで行った。プラットフォーム性を示すため、合成研究はPPABに対して1段階の修飾に限定し、PPAB母骨格のアリール基にπ共役系の拡張および電子ドナーユニットの導入を行った。吸収・発光波長を効果的に長波長化できることを明らかにしたほか、近赤外領域としてはかなり高い発光量子収率や電荷分離状態からの発光という珍しい発光過程を示すことを明らかにできた。これらの置換基効果は、置換基とPPABコアをつなぐ架橋部位に大きく依存することもわかった。単結晶X線構造解析の結果から、チエニル基を架橋基とした場合には共平面性が高く、π共役系が効果的に拡張されるのに対し、フェニル基では立体障害によるねじれのためにπ共役系がある程度分離されることに起因することを解明した。これは理論計算からも裏付けを得ており、今回の研究での体系的な置換基効果の理解は、今後の分子設計指針として有用な知見とみなせる。また、良好な物性を示したものについては、近赤外有機発光ダイオード(OLED)と近赤外自然放射増幅光(ASE)発振の検討を行った。ASE発振は、レーザー材料としての応用可能性を検討するうえで重要な物性である。どちらも最適化の検討中ではあるが、OLED では3%程度の外部量子収率、ASEの検討では770 nmにASE発振をそれぞれ確認している。今後は、研究計画に従い、キノイド化などを行うことでさらなる特異な物性の発現を狙い、また有機トランジスタ材料への応用検討に展開することでプラットフォーム材料としての有用性を確かめる予定である。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] Yonsei University(韓国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Subphthalocyanine-Stoppered [2]Rotaxanes: Synthesis and Size/Energy Threshold of Slippage2020

    • 著者名/発表者名
      Kage Yuto、Shimizu Soji、Kociok-Kohn Gabriele、Furuta Hiroyuki、Pantos G. Dan
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 号: 3 ページ: 1096-1101

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.9b04620

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pyrrolopyrrole Aza-BODIPY Analogues as Near‐Infrared Chromophores and Fluorophores: Red‐Shift Effects of Substituents on Absorption and Emission Spectra2019

    • 著者名/発表者名
      Kage Yuto、Karasaki Hideaki、Mori Shigeki、Furuta Hiroyuki、Shimizu Soji
    • 雑誌名

      ChemPlusChem

      巻: 84 号: 11 ページ: 1648-1652

    • DOI

      10.1002/cplu.201900226

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient Electrogenerated Chemiluminescence of Pyrrolopyrrole Aza-BODIPYs in the Near-Infrared Region with Tripropylamine: Involving Formation of S2 and T2 StatesEfficient Electrogenerated Chemiluminescence of Pyrrolopyrrole Aza-BODIPYs in the Near-Infrared Region with Tripropylamine: Involving Formation of S2 and T2 States2019

    • 著者名/発表者名
      R. Ishimatsu, H. Shintaku, Y. Kage, M. Misaki, S. Shimizu, K. Nakano, H. Furuta, T. Imato
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 141 号: 30 ページ: 11791-11795

    • DOI

      10.1021/jacs.9b05245

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Pyrrolopyrrole aza-BODIPYs Bearing Electron-Donating Amino Substituents as NIR Fluorophore2020

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kage, Hideaki Karasaki, Shigeki Mori, Seongsoo Kang, Dongho Kim, Hiroyuki Furuta, Soji Shimizu
    • 学会等名
      日本化学会 第100春季年会 (2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Subphthalocyanine-stoppered [2]Rotaxanes with unique Threading-dethreading Behaviors of the Ring Unit2019

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kage, Soji Shimizu, Hiroyuki Furuta, Gabriele Kociok-Kohn, G. Dan Pantos
    • 学会等名
      The 24th Joint Seminar of the Kyushu Branch of the CSJ and the Busan Branch of the KCS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Substitutent Effect and Unique Dual Emission of Pyrrolopyrrole aza-BODIPY2019

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kage, Shigeki Mori, Hiroyuki Furuta, Soji Shimizu
    • 学会等名
      18th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Subphthalocyanine-stoppered [2]Rotaxanes and Peripheral Substituent Effects on Dethreading Behavior2019

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kage, Soji Shimizu, Hiroyuki Furuta, Gabriele Kociok-Kohn, G. Dan Pantos
    • 学会等名
      1st International Conference on Noncovalent Interactions
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of Subphthalocyanine-stoppered [2]Rotaxanes and Threshold Size for the Slippage of the Ring Unit2019

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kage, Soji Shimizu, Hiroyuki Furuta, Gabriele Kociok-Kohn, G. Dan Pantos
    • 学会等名
      The 18th Asian Chemical Congress
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ピロロピロール-アザ-BODIPYの近赤外発光特性に及ぼす置換基効果2019

    • 著者名/発表者名
      鹿毛悠冬・森重樹・古田弘幸・清水宗治
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ピロロピロール-アザ-BODIPYの近赤外発光特性と置換基効果2019

    • 著者名/発表者名
      鹿毛悠冬・唐﨑秀朗・森重樹・古田弘幸・清水宗治
    • 学会等名
      第9回CSJ化学フェスタ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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