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分子アーキテクトニクスを志向した水素終端化シリコン表面の新規化学修飾法の開発

公募研究

研究領域分子アーキテクトニクス:単一分子の組織化と新機能創成
研究課題/領域番号 26110506
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

山野井 慶徳  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワードシリコン基板 / パラジウム触媒 / ギャップ電極 / 水素終端化シリコン基板 / 固定化 / 触媒 / ケイ素-炭素結合
研究実績の概要

本研究では代表者が開発したヒドロシランの遷移金属触媒によるアリール化反応を水素終端化シリコン表面の化学修飾に展開することで、良質のシリコン-芳香族化合物修飾表面を効率的に構築する手法を開発する。合わせて、新学術領域の他の研究者と協力をし、ミクロサイズやナノサイズギャップシリコン上を化学修飾した電極を調製し、それらの表面構造や単分子の物性調査を行う。
水素終端化シリコン基板をパラジウム触媒の存在下、ヨウ化アリールと反応させるとシリコン基板上に芳香族基をSi-C(sp2)結合を介して結合することができる。この方法を活用し、まず最初にマイクロギャップを有する基板を異方性エッチングを利用して調製した。具体的にはSOI(silicon on insulator)基板をHFで1分間、続いてKOH水溶液で90分間処理することで最小で300 nm程度のギャップを有する水素終端化シリコン電極を作成することができた。表面の構造確認はSEMやデジタル顕微鏡にて行った。この水素終端化シリコン電極をパラジウム触媒の存在下、さまざまなヨウ化アリールと塩基の存在下室温で反応させることで芳香族置換基を固定化することができた。修飾の状況は電気化学的手法によりおよそ20%程度化学修飾されていることが確認できた。
ジベンゾシロールはπ-π*遷移による蛍光特性を持つことから、その合成やエレクトロニクス材料等への応用の点で広く研究がなされてきた。次にジベンゾシロール骨格をシリコン表面で形成することを目的とし、水素終端化Si(100)表面と2,2’-ジヨードビアリール化合物をパラジウム触媒の存在下で反応させ、表面上の構造について解析を行った。 2,2’-ジヨードビアリール化合物がSi(100)表面に固定化されるか検討するために、dimethyl 2,2’-diiodobiphenyl-4,4’-dicarboxylateを水素終端化Si(100)表面に反応させ、表面IRにて構造決定を行った。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Photocurrent generation of reconstituted photosystem II on self-assembled gold film2017

    • 著者名/発表者名
      Miyachi, M.; Ikehira, S.; Nishiori, D.; Yamanoi, Y.;* Yamada, M.; Iwai, M.; Tomo, T.; Allakhverdiev, S. I.; Nishihara, H.*
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 33 号: 6 ページ: 1351-1358

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b03499

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effective Method for Micro-Patterning Arene-Terminated Monolayers on a Si(111) Electrode2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Yamanoi, Tetsuhiro Kobayashi, Hiroaki Maeda, Mariko Miyachi, Masato Ara, Hirokazu Tada, and Hiroshi Nishihara
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 32 号: 27 ページ: 6825-6829

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b01370

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bright Solid-State Emission of Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor and Acceptor-Donor-Acceptor Chromophores2016

    • 著者名/発表者名
      M. Shimada, M. Tsuchiya, R. Sakamoto, Y. Yamanoi, E. Nishibori, K. Sugimoto, H. Nishihara
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 55 号: 9 ページ: 3022-3026

    • DOI

      10.1002/anie.201509380

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence and phosphorescence of a series of silicon-containing six-membered-ring molecules2016

    • 著者名/発表者名
      T. Nakashima, M. Shimada, Y. Kurihara, M. Tsuchiya, Y. Yamanoi, E. Nishibori, K. Sugimoto, H. Nishihara
    • 雑誌名

      J. Organomet. Chem.

      巻: 805 ページ: 27-33

    • DOI

      10.1016/j.jorganchem.2015.12.042

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-Sectional TEM Analysis of an ITO Surface Coated with Photosystem I and Molecular Wires2016

    • 著者名/発表者名
      Miyachi, M.; Yamanoi, Y.;* Tomo, T.; Nishihara, H.*
    • 雑誌名

      J. Inorg. Organomet. Polym. Mater.

      巻: 2016 号: 6 ページ: 1309-1312

    • DOI

      10.1007/s10904-016-0396-5

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Unusual reactivity of group 14 hydrides toward organic halides: synthetic studies and application to functional materials2016

    • 著者名/発表者名
      Shimada, M.; Yamanoi, Y.;* Nishihara, H.*
    • 雑誌名

      J. Synth. Org. Chem. Jpn.

      巻: 74 ページ: 1098-1107

    • NAID

      130005433324

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Preparation of Pd Nanoparticles with Tetrahedral, Spherical, Plate, and Feather Shapes by Capping with 1-Pentyl Isocyanide2015

    • 著者名/発表者名
      M. Miyachi, Y. Yamamoto, Y. Yamanoi, H. Nishihara
    • 雑誌名

      Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials

      巻: 25 号: 1 ページ: 140-144

    • DOI

      10.1007/s10904-014-0121-1

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis, Characterization, and Physical Properties of Oligo(1-(N,N-dimethylamino)pyrrole)s and Their Doped Forms, Precursors of Candidates for Molecular Flat-band Ferromagnets2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanoi, K. Takahashi, T. Hamada, N. Ohshima, M. Kurashina, Y. Hattori, T. Kusamoto, R. Sakamoto, M. Miyachi, and H. Nishihara
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 3 号: 17 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1039/c4tc02941k

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structures and Optical Properties of Tris(trimethylsilyl)silylated Oligothiophene Derivatives2014

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Inubushi, Yohei Hattori, Yoshinori Yamanoi, Hiroshi Nishihara
    • 雑誌名

      J. Org. Chem.

      巻: 79 号: 7 ページ: 2974-2979

    • DOI

      10.1021/jo500029f

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 不斉ケイ素原子をもつ化合物の効率的合成法の開発とその光物性2016

    • 著者名/発表者名
      古賀信哉・植木修平・島田真樹・山野井慶徳・湯浅順平・河合壯・打田孝明・岩村宗高・野﨑浩一・西原寛
    • 学会等名
      第20回ケイ素化学協会シンポジウム
    • 発表場所
      安芸グランドホテル(広島県廿日市市)
    • 年月日
      2016-10-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 9,10-ジヒドロジシラアントラセン誘導体の合成と光学特性2015

    • 著者名/発表者名
      中島剛之、島田真樹、栗原悠、山野井慶徳、西原寛
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学(船橋)
    • 年月日
      2015-03-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 2級シランの不斉アリール化反応による光学活性ケイ素化合物の合成2015

    • 著者名/発表者名
      植木 修平,栗原 悠,石井 亮馬,島田 真樹,山野井 慶徳,西原 寛
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学(船橋)
    • 年月日
      2015-03-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] シリコン電極表面上への機能性有機分子の固定化2014

    • 著者名/発表者名
      山野井慶徳
    • 学会等名
      分子アーキテクトニクス 第4回領域会議
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2014-11-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Pd触媒を用いた水素終端化Si(100)表面のアリール化2014

    • 著者名/発表者名
      小林徹大, 山野井慶徳, 西原 寛
    • 学会等名
      分子アーキテクトニクス 第4回領域会議
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2014-11-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 金属触媒を用いた水素終端化シリコン表面の新規化学修飾法の開発」、新学術領域「分子アーキテクトニクス2014

    • 著者名/発表者名
      山野井慶徳
    • 学会等名
      分子アーキテクトニクス 第3回領域会議
    • 発表場所
      天童, 「滝の湯」コンベンションホール
    • 年月日
      2014-06-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Pd触媒を用いた水素終端化Si(100)表面のアリール化」、新学術領域「分子アーキテクトニクス2014

    • 著者名/発表者名
      小林徹大, 山野井慶徳, 西原 寛
    • 学会等名
      分子アーキテクトニクス 第3回領域会議
    • 発表場所
      天童, 「滝の湯」コンベンションホール
    • 年月日
      2014-06-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 水素終端化シリコン電極上における金属錯体ワイヤの構築と電子輸送挙動2014

    • 著者名/発表者名
      前田啓明, 山野井慶徳, 西原 寛
    • 学会等名
      分子アーキテクトニクス 第3回領域会議
    • 発表場所
      天童, 「滝の湯」コンベンションホール
    • 年月日
      2014-06-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室

    • URL

      https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/~inorg/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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