アシンメトリック配位空間を鋳型とした機能性ナノ材料創製

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 配位アシンメトリー：非対称配位圏設計と異方集積化が拓く新物質科学
• 研究課題/領域番号: 16H06517
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 植村 卓史 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (50346079)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: MOF / キラル / ポリチオフェン

研究実績の概要

キラルな共役ポリマーは、キラリティと電子物性の協奏に基づく興味深い光電子的性質を有するため、円偏光発光素子など様々な光電子デバイスへの応用が期待されている。ポリマー鎖にキラリティを誘起する手法として、キラル側鎖の利用が挙げられる。しかし、側鎖の導入は、導電性や蛍光など、共役ポリマーの本来の性質を変化させる。一方、有機配位子と金属イオンとの自己集積によって構築される多孔性金属錯体(MOF)が、近年大きな注目を集めている。MOFはその構成要素を適切に選択することで、ナノ細孔のサイズ、形状、表面機能を合理的に設計することができる。我々の研究グループでは、MOFが有するナノ細孔をポリマー鎖の拘束場として用いることで、本数、配向、環境が精密に制御されたポリマー鎖集積体の創製に取り組んできた。本研究では、キラルなMOFのナノ細孔内で無置換ポリチオフェンを合成することで、ポリチオフェンにキラリティを付与することに成功した。
キラルな細孔を有するMOFにモノマーであるターチオフェンを導入し、酸化重合を行うことで、MOFとポリチオフェンの複合体を得た。重合後、可視光領域にポリチオフェンのπ-π*遷移に基づく吸収が見られ、MOFの細孔内で重合が進行していることを確認した。複合体の固体CD測定から、ポリチオフェンの吸収領域に強いCDシグナルが観測され、MOFからポリチオフェンにキラリティが転写されたことが分かった。次に、キレート剤を用いることでMOF骨格を除去し、複合体からポリチオフェンを単離した。興味深いことに、MOF骨格の除去後もポリチオフェンのキラリティは保持されていることが分かった。

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

MOFのキラル情報を高分子に転写した初めての系となり、新しいキラル高分子合成法として非常に有用であると認められることから。

今後の研究の推進方策

ポリチオフェンのみならず、他の共役系高分子やカーボン材料などへの展開を目指す。

研究成果

• [国際共同研究] PSL Research University(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: PSL Research University
• [雑誌論文] Selective sorting of polymers with different terminal groups using metal-organic frameworks (2018)
  • 著者名/発表者名: Benjamin Le Ouay, Chikara Watanabe, Shuto Mochizuki, Masayoshi Takayanagi, Masataka Nagaoka, Takashi Kitao, Takashi Uemura
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 ページ: 3635
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06099-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A phase transformable ultrastable titanium-carboxylate framework for photoconduction (2018)
  • 著者名/発表者名: Sujing Wang, Takashi Kitao, Nathalie Guillou, Mohammad Wahiduzzaman, Charlotte Martineau-Corcos, Farid Nouar, Antoine Tissot, Laurent Binet, Naseem Ramsahye, Sabine Devautour-Vinot, Susumu Kitagawa, Shu Seki, Yusuke Tsutsui, Valerie Briois, Nathalie Steunou, Guillaume Maurin, Takashi Uemura, Christian Serre
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 ページ: 1660
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04034-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Polymer Chemistry in Metal-Organic Frameworks (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Uemura
  • 学会等名: 6th International Conference on Metal-Organic Frameworks & Open Framework Compounds (MOF2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polymer Chemistry in Coordination Nanochannels (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Uemura
  • 学会等名: 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polymer Chemistry in MOFs (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Uemura
  • 学会等名: 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
  • 国際学会 / 招待講演