異種化合物の化学結合を介した超分子的複合化および接合界面での導電性発光特性

• 研究課題/領域番号: 20K15041
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26030:複合材料および界面関連
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 大曲 仁美 青山学院大学, 理工学部, 助教 (40846797)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 発光性複合膜 / 希土類錯体 / 酸化グラフェン / 複合材料 / 発光希土類錯体 / 導電性発光

研究開始時の研究の概要

本申請者は、二次元材料と機能性金属錯体に注目しており、二次元材料の平面構造を錯体の集積場、電子伝達経路として用い、機能性金属錯体としては特に発光特性に注目し、電場に応答した発光特性の制御を目指す。
機能性金属錯体のみを用いた二次元材料の報告もあるが、その特性については伝導性が多く、機能性が制限される。そこで本研究では伝導性、絶縁性、圧電性等様々な機能性を有する酸化グラフェンに注目し、酸化グラフェン上に金属錯体が直接結合した、大きく見ると超分子膜を合成し電場に応答した発光変調型二次元材料の創成を目指す。

研究成果の概要

発光を電場で制御できる材料の開発は、学術的に非常に重要な研究の一つである。本研究では、ナノシート構造をもつ炭素材料である酸化グラフェン（GO）と、強い発光を示す材料として知られる希土類錯体を化学結合を介して複合化させ、強い発光を示す新たな発光性炭素材料の開発に成功した。この複合膜は黒色でありながら紫外光照射下では赤や緑の発光を示す。
酸化グラフェンは加熱処理することにより導電性を示すようになる。一方、本研究の複合膜は熱処理後もほとんど絶縁体であった。今後の展開として導電性のあるイオン液体を複合膜に付加させ、電場に応答し発光を制御できる素材の開発を目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、二次元薄膜炭素材料である酸化グラフェン(GO)に発光特性を付与した新規発光性炭素材料の開発に成功した。本来優れた蛍光消光性のあるGOに蛍光特性をもたせることは学術的に非常に難しいとされていた。そこで導入する発光性分子の構造に炭素鎖を組み込み、GOと発光中心の間にスペースを構築することで、発光性の炭素材料の開発に成功した。さらにこの複合膜はろ紙のように自立したフィルムとして取り出すことができる。このような炭素材料はこれまで報告がなく、コスト削減やデバイスの軽量化に有用とされる炭素材料に一石を投じる結果である。

研究成果

• [雑誌論文] Luminescence of lanthanide complexes: From fundamental to prospective approaches related to water- and molecular-stimuli (2022)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Miki、Ohmagari Hitomi、Tanaka Hideyuki、Machida Kanade
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 巻: 50 ページ: 100484-100484
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2022.100484
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hidden Heterometallic Interaction Emerging from Resonant Inelastic X-ray Scattering in Luminescent Tb-Pt Molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Ahmed Shabana, David Chukwuma Izuogu, Kentaro Fuku, Tetsu Sato, Haitao Zhang, Yukina Yamamoto, Jun Kamata, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa, Goulven Cosquer, Shinya Takaishi, Takuma Kaneko, Tomoya Uruga, Yasuhiro Iwasawa, and Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: in press 号: 18 ページ: 7973-7979
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c01396
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Computational Studies for Crystal Structures of Helicate Lanthanide Complexes Based on X-ray Analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Naofumi、Hijikata Masahiro、Ohmagari Hitomi、Tanaka Hideyuki、Inazuka Yudai、Saito Daisuke、Obata Shigeaki、Ohta Kazuo、Kato Masako、Goto Hitoshi、Hasegawa Miki
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 94 号: 12 ページ: 2973-2981
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210339
  • NAID: 130008144728
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Circularly dichroic and circularly polarized spectra of helicate rare earth complexes with chirality (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmagari Hitomi、Hasegawa Miki
  • 雑誌名: Jasco Report 巻: 63 ページ: 8-12
  • NAID: 40022727756
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric properties exhibited by unreduced freestanding graphene oxide/carbon nanotube membranes (2021)
  • 著者名/発表者名: Islam Md. Saidul、Ohmagari Hitomi、Rahman Mohammad Atiqur、Shudo Yuta、Fukuda Masahiro、Yagyu Junya、Sekine Yoshihiro、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
  • 雑誌名: Materials Advances 巻: 2 号: 17 ページ: 5645-5649
  • DOI: 10.1039/d1ma00299f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetism in a helicate complexes arising with the tetradentate ligand (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmagari Hitomi、Nakaya Manabu、Tanaka Kaisei、Zenno Hikaru、Akiyoshi Ryohei、Sekine Yoshihiro、Zhang Yingjie、Min Kil Sik、Hasegawa Miki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 50 号: 2 ページ: 494-498
  • DOI: 10.1039/d0dt03990j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coordinated Halide and Pseudo Halide‐Dependent Structures and Photoluminescence of Defective Double Cubane Zinc(II) Clusters (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuramitsu Toshiaki、Kusumoto Sotaro、Ohmagari Hitomi、Hasegawa Miki、Thu?ry Pierre、Kim Yang、Hayami Shinya、Nakamura Masaaki
  • 雑誌名: European Journal of Inorganic Chemistry 巻: 2021 号: 12 ページ: 1160-1164
  • DOI: 10.1002/ejic.202001138
  • 国際共著
• [雑誌論文] 自然落下現象を適用した希土類錯体のトリボルミネッセンス評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 美貴、大曲 仁美
  • 雑誌名: 日本画像学会誌 巻: 59 号: 3 ページ: 325-329
  • DOI: 10.11370/isj.59.325
  • NAID: 130007853403
  • ISSN: 1344-4425, 1880-4675
  • 年月日: 2020-06-10
• [雑誌論文] Solvent‐Dependent Bending Ability of Salen‐Derived Organic Crystals (2020)
  • 著者名/発表者名: Kusumoto Sotaro、Saso Akira、Ohmagari Hitomi、Hasegawa Miki、Kim Yang、Nakamura Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 85 号: 8 ページ: 1692-1696
  • DOI: 10.1002/cplu.202000362
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Helicate Lanthanide Complexes: The Luminescent Elements (2020)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Miki、Ohmagari Hitomi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 49 号: 7 ページ: 845-854
  • DOI: 10.1246/cl.200184
  • NAID: 130007872531
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electrofluorochromic Device Based on a Redox-Active Europium(III) Complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Kim Yuna、Ohmagari Hitomi、Saso Akira、Tamaoki Nobuyuki、Hasegawa Miki
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 号: 41 ページ: 46390-46396
  • DOI: 10.1021/acsami.0c13765
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chiroptical Spectroscopic Studies on Lanthanide Complexes with Valinamide Derivatives in Solution (2020)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Miki、Iwasawa Daichi、Kawaguchi Takuma、Koike Hikaru、Saso Akira、Ogata Shuhei、Ishii Ayumi、Ohmagari Hitomi、Iwamura Munetaka、Nozaki Koichi
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 85 号: 2 ページ: 294-300
  • DOI: 10.1002/cplu.201900692
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ヘリシティとキラリティをデザインした希土類錯体の発光増強 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大曲仁美、長谷川美貴
  • 雑誌名: 光化学 巻: 51 ページ: 72-77
  • NAID: 40022558674
• [学会発表] 長鎖アルキル基を有するユウロピウム錯体のグラフェン複合体の構造と発光 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋秀治, 大曲仁美, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] キラリティとヘリカルな配位様式を有するユウロピウム錯体の膜化による円偏光発光増強 (2022)
  • 著者名/発表者名: 髙垣亮佑, 岩下竜也, 大曲仁美, 岩村宗高, 野崎浩一, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] リノール酸とバリンアミド-ビピリジンを有する発光性テルビウム錯体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉川知輝, 大曲仁美 , 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 可視励起型 NIR 発光性ネオジム錯体の合成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荻原佑斗, 大曲仁美, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 4 座のフェナントロリン誘導体の構造と希土類イオンとの相互作用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田雄斗, 大曲仁美, 山本侑貴奈, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 励起波長依存性発光を示すEu-アントラセン錯体の発光特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村田雄貴, 大曲仁美, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] Multiple ligand-/Ln-centered luminescence of mononuclear lanthanide complexes with phenanthroline (2021)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Ohmagari, Yukina Yamamoto, Yuto Yoshida, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] Vapor-responsible luminescent terbium complexes with helicate structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Tanaka, Kanade Machida, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] Luminescence properties of terbium complex with the tetradentate ligand bridging two phenanthroline moietie (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukina Yamamoto, Yuto Yoshida, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] Highly luminescent hydrogel of water-soluble Eu complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanade Machida, Hitomi Ohmagari, Takayuki Nonoyama, Jian Ping Gong, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] 架橋した4座フェナントロリン誘導体の希土類イオンに対する配位に関わる知見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大曲仁美, 吉田雄斗, 山本侑貴奈, 長谷川美貴
  • 学会等名: 複合系の光機能研究会 オンラインライジングスター研究会
• [学会発表] Chiroptical Spectroscopic Studies on Lanthanide Complexes with Valinamide Derivatives in Solution (2020)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Ohmagari, Akira Saso, Jun Kamata, Munetaka Iwamura, Koichi Nozaki and Miki Hasegawa
  • 学会等名: Faraday Discussions
  • 国際学会
• [学会発表] 連結型フェナントロリンの電子状態を利用したππ*およびff遷移による多重発光性希土類錯体の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大曲仁美・山本侑貴奈・田中敦也・長谷川美貴
  • 学会等名: 複合系の光機能研究会 オンラインライジングスター研究会