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プロトンと光を用いた高分子材料の反応性と機能性の自在制御

公募研究

研究領域ハイドロジェノミクス:高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成
研究課題/領域番号 21H00018
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

正井 宏  東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (70793149)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードプロトン / ソフトマテリアル / π共役化合物 / 光加工 / 光機能性材料
研究開始時の研究の概要

本研究は、プロトンの化学反応性を光で自在に制御し、材料機能の直接的光加工へと応用する。プロトンの反応性を自在制御し、その反応性を材料機能へと結びつけることができれば、水素の自在制御性を革新的材料へと結びつけ、学問分野の枠を超えた高機能性材料の創成が期待される。そこで本研究では、プロトンと光を協働的に用いた光加工性機能材料に着目し、プロトンを化学刺激として、光による反応性と機能性の自在制御性を開拓する。

研究実績の概要

本研究は、プロトンの化学反応性を光で自在に制御し、材料機能の直接的光加工へと応用することを目的とする。有機反応化学の中でも最も基本的な反応剤であるプロトンの反応性を自在制御し、その反応性を材料機能へと結びつけることができれば、水素の自在制御性を革新的材料へと結びつけ、学問分野の枠を超えた高機能性材料の創成が期待される。そこで本研究では、プロトンと光を協働的に用いた光加工性機能材料に着目した。光加工材料は材料をマイクロスケールで加工するための有用な技術であるものの、材料が光に不安定という本質的な問題点を抱えている。本研究ではこの問題打開のための方法論として、光によって材料を直接切断するのではなく、加工時には光と化学的な刺激を協働的に作用させて光加工を行いつつ、加工後は化学刺激を除去することで、光加工性と光に対する安定性を両立可能である。
本年度は、メチルアクリレートをモノマーとし、ケイ素化合物を架橋剤としたポリマーネットワーク材料において、光・プロトン協働反応に基づく材料反応性の制御に成功した。ネットワーク材料はプロトン及びUV光の単独刺激には安定である一方で、2つの刺激を協働的に作用させると材料の粘弾性が変化することが明らかとなった。プロトン源としては、様々なカウンターアニオンを利用可能であるとともに、弱酸である酢酸を用いた場合においても、反応速度は低下するものの協働的な反応性を示した。これらの結果から、光・プロトン協働反応に基づく材料反応性を、安価なケイ素化合物や弱酸を用いて実現できることが実証された。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Efficient electrocatalytic H2O2 evolution utilizing electron-conducting molecular wires spatially separated by rotaxane encapsulation2023

    • 著者名/発表者名
      Chou Sheng-Ying、Masai Hiroshi、Otani Masaya、Miyagishi Hiromichi V.、Sakamoto Gentaro、Yamada Yusuke、Kinoshita Yusuke、Tamiaki Hitoshi、Katase Takayoshi、Ohta Hiromichi、Kondo Tomoki、Nakada Akinobu、Abe Ryu、Tanaka Takahisa、Uchida Ken、Terao Jun
    • 雑誌名

      Applied Catalysis B: Environmental

      巻: 327 ページ: 122373-122373

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2023.122373

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of changing electronic states of molecules on frequency domain of graphene FETs2022

    • 著者名/発表者名
      Oketa Tomohiro、Ikuta Takashi、Masai Hiroshi、Tamaki Takashi、Terao Jun、Maehashi Kenzo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 号: 4 ページ: 045001-045001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac564d

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Insulation of a coumarin derivative with [1]rotaxane to control solvation-induced effects in excited-state dynamics for enhanced luminescence2022

    • 著者名/発表者名
      Go M. Russell, Hiroshi Masai, Jun Terao
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 24 号: 25 ページ: 15195-15200

    • DOI

      10.1039/d2cp02221d

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transient Photodegradability of Photostable Gel Induced by Simultaneous Treatment with Acid and UV?Light for Phototuning of Optically Functional Materials2022

    • 著者名/発表者名
      Russell Go M.、Kaneko Takashi、Ishino Saqura、Masai Hiroshi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 32 号: 40 ページ: 2205855-2205855

    • DOI

      10.1002/adfm.202205855

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Precision synthesis of linear oligorotaxanes and polyrotaxanes achieving well-defined positions and numbers of cyclic components on the axle2022

    • 著者名/発表者名
      Masai Hiroshi、Oka Yuki、Terao Jun
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 11 ページ: 1644-1660

    • DOI

      10.1039/d1cc03507j

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvatofluorochromic Contrast with Supramolecular Stereoisomers Using Linked Rotaxane Structures to Investigate Local Solvation in Excited Donor-Bridge-Acceptor Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Shimada Sotaro、Miyagishi Hiromichi V.、Masai Hiroshi、Masui Yoichi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 95 号: 1 ページ: 163-168

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210354

    • NAID

      130008159255

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Irradiation with UV Light Accelerates the Migita?Kosugi?Stille Coupling Reaction in Air2022

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Takumi、Murata Mako、Masai Hiroshi、Iwai Tomohiro、Terao Jun
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 51 号: 2 ページ: 124-126

    • DOI

      10.1246/cl.210665

    • NAID

      130008161615

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrical detection of ppb region NO<sub>2</sub> using Mg-porphyrin-modified graphene field-effect transistors2021

    • 著者名/発表者名
      Ikuta Takashi、Tamaki Takashi、Masai Hiroshi、Nakanishi Ryudai、Endo Kitaro、Terao Jun、Maehashi Kenzo
    • 雑誌名

      Nanoscale Advances

      巻: 3 号: 20 ページ: 5793-5800

    • DOI

      10.1039/d1na00519g

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] プロトン拡散と紫外光照射で分解するアリールケイ素架橋型高分子材料の開発2023

    • 著者名/発表者名
      中川 智稀・正井 宏・青木 健太郎・長尾 祐樹・寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 頑強性と易分解性を両立するアリールケイ素架橋高分子材料の創製2023

    • 著者名/発表者名
      中川 智稀・正井 宏・青木 健太郎・長尾 祐樹・寺尾 潤
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 学生発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ジピレニルケイ素によって架橋された光加工性のスイッチングが可能なポリマーネットワーク材料の創製2022

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・金子隆・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 発光特性を光パターニング可能な有機金属架橋型ゲル材料の開発2022

    • 著者名/発表者名
      ラッセル豪マーティン・金子隆・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 連結型ロタキサン構造に基づくクマリンの輻射速度定数の向上2022

    • 著者名/発表者名
      ラッセル豪マーティン・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 光・プロトン協働反応に基づく,光安定なケイ素架橋ゲル材料の光加工2022

    • 著者名/発表者名
      正井 宏・川野 勇太郎・中川 智稀・寺尾 潤
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 光加工性と光安定性のスイッチングを可能とするジピレニルケイ素架橋ゲルの創製2022

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 光照射とプロトン拡散を鍵とする光分解性架橋高分子材料の開発2022

    • 著者名/発表者名
      中川 智稀・正井 宏・寺尾 潤
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 光と水を用いた分解性ポリマーネットワーク材料の開発2022

    • 著者名/発表者名
      中川 智稀・正井 宏・寺尾 潤
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] SYNTHESIS OF CROSS-LINKED+B21:D22 POLYMER NETWORK MATERIALS DEGRADABLE BY PROTON/LIGHT COOPERATIVE STIMULI2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Masai, Yutaro Kawano, Jun Terao
    • 学会等名
      第二回ハイドロジェノミクス国際会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光を用いた変形性と発光性を両立するゲル材料2022

    • 著者名/発表者名
      金子隆、ラッセル豪マーティン、正井宏、寺尾潤
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 酸と光の協働作用によって分解する架橋ポリマーネットワーク材料の創製2022

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・金子隆・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] A Photostable Gel that degrades by Simultaneous Treatment with Acid and UV light for Phototuning of Optical functionalities2022

    • 著者名/発表者名
      Go Martin Russell, Takashi Kaneko, Hiroshi Masai, Jun Terao
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Photo-patternable gels possessing photo-stability via dual-activation strategy with light and proton2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Masai, Go Martin Russell, Takashi Kaneko, Jun Terao
    • 学会等名
      MRM2021 Materials Research Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光重合と光加工の両立を利用した ゲル材料構造の高次造形2021

    • 著者名/発表者名
      金子隆・ラッセル豪マーティン・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Photo-shape control of gels fabricated via photo-polymerization2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kaneko, Go Martin Russell, Hiroshi Masai, Jun Terao
    • 学会等名
      PACIFICHEM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Acceleration Effect of Migita-Kosugi-Stille Coupling Reaction by UV-Irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Takukmi Ishikawa, Mako Murata, Hiroshi Masai, Tomohiro Iwai, Jun Terao
    • 学会等名
      PACIFICHEM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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