| 研究課題/領域番号 |
23K23400
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02132 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35010:高分子化学関連
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
大下 浄治 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (90201376)
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| 研究分担者 |
安達 洋平 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (50805215)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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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 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2025年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2024年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | 元素ハイブリッド / π共役系材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在、有機光電子デバイスへの応用も含めて、π共役系材料が注目されている。本研究では、これまでの研究において、ホウ素、ゲルマニウム、ケイ素、ヒ素、アンチモン、ビスマスなどの無機元素で架橋・置換した新しいπ共役分子・ポリマーの合成を行い、元素の導入に由来する興味深い電磁状態や構造の制御とそれに基づく物性・機能の制御を明らかにしてきた。今後も系統的な研究をさらに展開するとともに、新しいπ共役系の開発にも取り掛かる。
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| 研究実績の概要 |
現在、有機光電子デバイスへの応用も含めて、π共役系材料が注目されているが、このデバイス中では、さまざまな機能を有する複数の材料が協奏的に働くために、材料間の電子状態のバランスや親和性を精密に調整する必要がある。また、高機能・多機能な分子を創製するためには、分子を構成するユニットの電子状態の制御が重要である。本研究では、13－15族の無機元素の導入によるπ電子系の精密機能制御の可能性を明らかにし、新たな分子設計の指針を提供する。特に、無機元素を導入したπ電子系ユニットのライブラリーの構築、無機元素による電子的・立体的影響の解明によるπ電子系機能の精密制御の解明、および、それらの高分子化・ハイブリッド化などによる新しいπ共役系材料開発指針の確立を目的としている。
特に、2023年度は、無機元素としてホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、ビスマスに着目して研究を進めた。無機元素の導入によるπ電子系の電子状態制御という本研究の目的を達成するため、チアゾールをゲルマニウムで架橋した新しい電子受容性の骨格を2022年度に構築したが、より強力な電子受容性基であるあるジシアノビニル基を導入することで、1級アミンの選択的なセンシング材料として実際に応用できることを示した。また、ヒ素、アンチモンおよびビスマス置換基のビフランへ導入と、これらの原子とπ共役系内の酸素原子との相互作用からπ共役系の電子状態制御を明らかにした。さらに、ホウ素－ビスマスの元素ハイブリッド分子の合成法を確立し、機能に関しても検討を行った。新しいπ共役系骨格の開発にも取り組んだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画した13族元素のバリエーションはまだ少ないが、14族のケイ素、ゲルマニウム、15族のアンチモン、ビスマスを利用した分子設計をベースに新規な無機元素を導入したπ電子系化合物の合成と物性評価、機能開発を行っている。さらに、追加でヒ素の利用も検討した。これらの無機元素の導入による物性・機能に対する効果を系統的に検討するとともに、センサー材料にも展開して研究を進めている。以上のことから、無機元素の導入によるπ電子系の精密機能制御と新しいπ共役系材料開発指針の確立という目標に向かって、おおむね順調に研究を進めることができていると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究において、新しい無機元素で架橋したπ共役分子・ポリマー、無機元素置換のπ電子系の合成を行い、元素の導入に由来する興味深い物性制御を明らかにしてきた。今後も系統的な研究をさらに展開するとともに、新しいπ共役系の開発にも取り掛かる。特に、2024年度は以下のように具体的に研究を実施する。
１．無機元素で架橋した新規π電子系の構築：2023年度、［２，３’］－ビチオフェンやトリアゾールなどの新しいπ電子系のゲルマニウムなどの無機元素による架橋に取り掛かり、これらの合成法を見出すとともに、基礎的な物性を明らかにした。今後、合成法の確立と誘導体の合成、およびこれらの合成した新規π電子系の機能開発と材料展開を検討する。
２．高周期無機元素を利用したπ共役系高分子の機能開発：これまでの研究で、ビスマスに代表される高周期無機元素をπ共役系に導入する手法をある程度確立することができた。2024年度は、これらの知見をベースとして、共役系高分子への高周期無機元素の導入を積極的に研究し、材料化を目指す。
３．元素ハイブリッド材料の合成：これまで、ホウ素－ビスマスや酸素－ヒ素・アンチモン・ビスマスなどの元素ハイブリッドを検討してきた。2024年度は、その他の無機元素の組み合わせによる新しい元素ハイブリッド系の構築にも取り掛かる。
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