| 研究課題/領域番号 |
20H05621
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| 研究種目 |
特別推進研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
阿波賀 邦夫 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10202772)
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| 研究分担者 |
坂本 一之 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (70261542)
内橋 隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (90354331)
土射津 昌久 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (70362225)
桝 飛雄真 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80412394)
白旗 崇 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (40360565)
山口 明 兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (10302639)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
554,450千円 (直接経費: 426,500千円、間接経費: 127,950千円)
2024年度: 85,800千円 (直接経費: 66,000千円、間接経費: 19,800千円)
2023年度: 86,450千円 (直接経費: 66,500千円、間接経費: 19,950千円)
2022年度: 104,000千円 (直接経費: 80,000千円、間接経費: 24,000千円)
2021年度: 94,250千円 (直接経費: 72,500千円、間接経費: 21,750千円)
2020年度: 183,950千円 (直接経費: 141,500千円、間接経費: 42,450千円)
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| キーワード | 強等方性構造 / 幾何学的トポロジー / バンドフィリング制御 / 蓄電デバイス / 固体電気化学 / 強等方性 / 立体π共役分子 / 光電子分光 / バンド分散 / ラジカル分子 / 分子結晶 / 電子物性 / 金属有機構造体 / 強等方性物質 / 分子性物質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、数学的に『強等方性格子』として特徴付けられているHoneycomb、DiamondおよびK4格子を、分子結晶や金属有機構造体 (MOF)、共有結合性有機構造体 (COF)などにおいて『自在合成』し、電気化学的Band Filling 制御などを通じて、そのトポロジーに起因する『電子機能』を探求する。さらに、強等方性格子が共通にもつ巨大比表面積や巨大内部空間を活かし、電子とイオン輸送の協奏する『電気化学機能』を実現する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、分子性強等方性構造をもつ物質探索とともに、電子機能および電気化学機能開拓を重点的に行った。実施項目1「分子性強等方性物質の自在合成」においては、昨年後に引き続き、強等方性格子をもつ分子性結晶、MOF/COFおよび二次元単層膜の作製を行った。なかでも、C3対称をもつ立体π共役分子トリプチセン誘導体o-TTを配位子としてもちいたCo錯体において、トリプチセン分子の幾何構造の要請からCoイオンが理想的な三角柱配座を取る珍しい構造であることがわかり、その磁気異方性を実験的に明らかにすることに成功した。また蛍光分子を内包するジャイロイド構造をもつMOFが大きな円偏光発光異方性を示すことを明らかにした。さらに金属基板上の単分子層成長において、アルカリ金属を蒸着することで、大きなドメインを得られたことをSTM観察によって明らかにした。この結果を踏まえ、電子バンド構造の観測のために、実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」において、スピンおよび角度分解光電子分光システムの改造および立ち上げに注力した。また実験に先駆けて、分子性二次元構造体のバンド構造についての理論的な研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を変化させることでフラットバンドの由来やその位置が系統的に変化することを提唱した。実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」においては、酸化還元能をもつ配位子をもつハニカムMOFのESR測定を通して、昨年度提唱したライングラフ物性についての実験的な知見を得ることに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
現在までの進捗状況を、3つの研究項目別に説明する。
実施項目1「分子性強等方性物質の自在合成」においては、昨年後に引き続き、物質探索をおこなっているが、4年目である本年度は実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」および
実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」に重点をおいて研究を進めた。実施項目1 において、Ag基板上にトリプチセン類縁体のハニカム構造の作製に成功しているが、他の構造も共存していることが問題点であった。試料作製条件を検討した結果、アルカリ金属を蒸着することで、ハニカム構造のみの作製に成功した。
実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」において、分子性強等方性物質の電子状態を明らかにするために、有機分子仕様のスピンおよび角度分解光電子分光(SARPES)システムの改造を行い、その立ち上げを行った。その一方、分子性二次元構造体のバンド構造についての理論的な研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を変化させることでフラットバンドの由来やその位置が系統的に変化することを提唱した。これと並行して分子性二次元構造体のバンド構造についての理論的な研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を系統的に変化させることでフラットバンドの由来やその位置が変化することを提唱した。実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」においては、酸化還元能をもつ配位子をもつハニカムMOFのESR測定を通して、Liドーピングを行うことで、不対電子がつくる格子をカゴメ格子からハニカム格子へと連続的に変化させることに成功し、昨年度提唱したライングラフ物性についての実験的な知見を得ることに成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究項目別に記載する。
実施項目1「分子性強等方性物質の自在合成」分子性強等方性構造の自在合成を継続する。これまでハニカム格子の作製を主に行ってきたが、Δ型C3対称分子をもちいたK4構造やTd対称分子をもちいたDiamond構造の作製にも挑戦する。また基板表面上の分子性Honeycomb単層膜については、によってそのバンド構造を検証する。
実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」では項目1で合成した系について、それぞれの特性に合わせて磁性、電子物性、光物性を、順次検討するとともに、SARPES装置をもちいて、強等方性に由来したDirac ConeやFlat Bandなどの特異な電子バンドを実験的に直接観測する。 実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」では、分子性強等方性物質と炭素材料の複合体を作製し、そのスーパーキャパシターや2次電池の電極材料としての特性を評価する。強等方性物質 内の周期的巨大ナノ空孔が、巨大な蓄電容量と、スムーズなイオン輸送に寄与するかどうかを検討する。また、COFの熱分解によって得られた巨大比表面積ヘテロ 原子ドープ炭素材料についても、これをキャパシタや触媒担持電極として発展させる。
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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