複合電磁波分光法によるπ造形分子設計と電子機能予測

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出
• 研究課題/領域番号: 26102011
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 関 修平 京都大学, 工学研究科, 教授 (30273709)
• 研究分担者: 櫻井 庸明 京都大学, 工学研究科, 助教 (50632907)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: マイクロ波 / 伝導度 / 移動度 / スピン / TRMC / ESR / 過渡吸収 / 共役高分子

研究実績の概要

物質中の電荷担体の多くがスピンを有していることに着目し、そのスピン・電子状態と輸送特性を包括的かつ決定的な測定手法として、TRMC- ESR-Transient Absorption(TA)　3元分光複合分光システムを構築した。
poly(3-hexylthiophene)を測定対象とし、この中で伝導を担う正電荷種：polaron (P), polaron pair (PP), bipolaron (BP)、分子鎖間π-dimerの種のうち、なにが最も電子伝導に寄与する種であるか、それぞれのスピン状態と電子吸収スペクトルの違いから定量的に弁別して明らかにすることを目的として研究を進めた。基底状態吸収の顕著な漂白現象をPによるものとし、これを指標としてDopingの進行に伴って、Pの増加と飽和、ついで減少を定量化した。この間に試料に注入されたスピン数をESRスペクトルから定量評価し、Dopingの進行とともに急激に増大・飽和を経て減少に転じることを認めた。EPRスペクトル解析では、注入電荷の増大に伴い、スピン間緩和時間の短縮と、正味のスピン数が減少する反強磁性PPへの変化を確認した。伝導度測定では、Dopingの進行に伴って鋭敏に応答し、周波数変化が小さいことから、P-PPへの転移、ならびにDopantのP3HT内拡散による実誘電率変化は無視できることを明らかとした。実際に見積もられた伝導度はその急激な上昇のスピン注入に対する遅延とスピン密度の減少曲線への対応から、Doping初期の段階で観測されるPはほとんど伝導に寄与しないが、反強磁性的に相互作用したPPを形成して初めて大きく伝導に寄与することを明らかとした。
構築されたCD-TRMC法は、物質中のキャリアの輸送特性とスピン状態を同時に明らかにできる世界的にも唯一の計測システムであることを実証した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Imperial College London/University of Cambridge(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Imperial College London/University of Cambridge
• [国際共同研究] Universite Libre de Bruxelles(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: Universite Libre de Bruxelles
• [国際共同研究] Universidad Complutense de Madrid(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Universidad Complutense de Madrid
• [国際共同研究] IACS(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: IACS
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Stanford University
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 8
• [雑誌論文] Impact of the position of the imine linker on the optoelectronic performance of マ?-conjugated organic frameworks (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ghosh, Y. Tsutsui, K. Suzuki, H. Kaji, K. Honjo, T. Uemura, and S. Seki
  • 雑誌名: Mol. Syst. Des. Eng. 巻: 4(2) ページ: 325窶?331
  • DOI: DOI: 10.1039/C8ME00079D
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Charge Carrier Polarity Modulation in Diketopyrrolopyrrole-Based Low Band Gap Semiconductors by Terminal Functionalization (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ghosh, R. Raveendran, A. Saeki, S. Seki, M. Namboothiry, and A. Ajayaghosh
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 11(1) ページ: 1088窶?1095
  • DOI: DOI: 10.1021/acsami.8b16714
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation of Cyclophane Macrocycles in Carbazole-Based Biradicaloids: Impact of the Dicyanomethylene Substitution Position (2019)
  • 著者名/発表者名: I. Badテュa-Domテュnguez, A. Perez-Guardiola, J. C. Sancho-Garcテュa, J. T. L. Navarrete, V. H. Jolテュn, H. Li, D. Sakamaki, S. Seki, and M. C. R. Delgado
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4(3) ページ: 4761窶?4769
  • DOI: DOI: 10.1021/acsomega.8b03418
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of Dissociative Quasi-Free Electron Attachment to Nucleoside via Excited Anion Radical in Solution (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Ma, A. Kumar, Y. Muroya, S. Yamashita, T. Sakurai, S. A. Denisov, M. D. Sevilla, A. Adhikary, S. Seki, and M. Mostafavi
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 10 ページ: 102
  • DOI: DOI: 10.1021/acsomega.8b01943
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly Fluorescent Liquid Crystals from Excited-State Intramolecular Proton Transfer Molecules (2019)
  • 著者名/発表者名: W. Zhang, T. Sakurai, M. Aotani, G. Watanabe, H. Yoshida, V. S. Padalkar, Y. Tsutsui, D. Sakamaki, M. Ozaki, and S. Seki
  • 雑誌名: Adv. Opt. Mater. 巻: 7(2) ページ: 1801349
  • DOI: DOI: 10.1002/adom.2018013491
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation, Electronic and Liquid Crystalline Properties of Electron-Accepting Azaacene Derivatives (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, T. Ikemoto, S. Yamamoto, W. Matsuda, S. Seki, M. Mitsuishi, and T. Akutagawa
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 3(10) ページ: 13694-13703
  • DOI: DOI: 10.1021/acsomega.8b01943
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Formation of End-on Orientation between Polythiophene and Fullerene Mediated by Coordination Nanospaces (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kitao, Y. Sasaki, S. Kitagawa, Y. Imamura, M. Tsujimoto, S. Seki, and T. Uemura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122(42) ページ: 24182-24189
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b08120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Electron Attachment and Hole Transfer Following Ionizing Radiation of Aqueous Uridine Monophosphate (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Ma, S. A. Denisov, J. L. Marignier, P. Pernot, A. Adhikary, S. Seki, and M. Mostafavi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9(17) ページ: 5105-5109
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b02170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conjugated Nanowire Sensors via High-Energy Single-Particle-Induced Linear Polymerization of 9,9'-Spirobi[9H-Fluorene] Derivatives (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Sakaguchi, T. Sakurai, J. Ma, M. Sugimoto, T. Yamaki, A. Chiba, Y. Saito, and S. Seki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 122(36) ページ: 8614-8623
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b06310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Landscape of Charge Carrier Transport in Doped Poly(3-hexylthiophene): Noncontact Approach Using Ternary Combined Dielectric, Paramagnetic, and Optical Spectroscopies (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsutsui, H. Okamoto, D. Sakamaki, K. Sugiyasu, M. Takeuchi, and S. Seki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9(13) ページ: 3639-3645
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01465
  • 査読あり
• [雑誌論文] High pressure synthesis of hydride-fluoride pyrochlore NaCaMg2F7-xHx (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Arai, Y. Kobayashi, Y. Tang, Y. Tsutsui, D. Sakamaki, T. Yamamoto, K. Fujii, M. Yashima, S. Seki, and H. Kageyama
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 47(7) ページ: 829-832
  • DOI: DOI: 10.1246/cl.180256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron delocalization and charge mobility as a function of reduction in a metal窶登rganic framework (2018)
  • 著者名/発表者名: M. L. Aubrey, B. M. Wiers, S. C. Andrews, T. Sakurai, S. E. Reyes-Lillo, S. M. Hamed, C.-J. Yu, L. E. Darago, J. A. Mason, J.-O. Baeg, F. Grandjean, G. J. Long, S. Seki, J. B. Neaton, P. Yang, and J. R. Long
  • 雑誌名: Nature Mater. 巻: 17(7) ページ: 625-632
  • DOI: DOI: 10.1038/s41563-018-0098-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relaxation of Plasma Carriers in Graphene: An Approach by Frequency-Dependent Optical Conductivity Measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: W. Choi, H. Nishiyama, Y. Ogawa, Y. Ueno, K. Furukawa, T. Takeuchi, Y. Tsutsui, T. Sakurai, and S. Seki
  • 雑誌名: Adv. Opt. Mater 巻: 6(14) ページ: 1701402
  • DOI: DOI: 10.1002/adom.201701402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Naphthalenediimide (NDI)窶燭onjugated Polyurethanes: Impact of Chromophoric Location on Hierarchical Supramolecular Assembly and Conductivity (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Mukherjee, T. Sakurai, S. Seki, and S. Ghosh
  • 雑誌名: ChemNanoMat 巻: 4(8) ページ: 860-866
  • DOI: DOI: 10.1002/cnma.201800220
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Hybrid Organogel of a Low Band Gap Diketopyrrolopyrrole with PC71BM: Phase Separated Morphology and Enhanced Photoconductivity (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Ghosh, S. Das, A. Saeki, V. K. Praveen, S. Seki, and A. Ajayaghosh
  • 雑誌名: ChemNanoMat 巻: 4(8) ページ: 831-836
  • DOI: DOI: 10.1002/cnma.201800149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of Radical Generation Efficiencies of the Oxime-Based Initiator Radicals Using Galvinoxyl Radical as an Indicator (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuneishi, D. Sakamaki, Q. Gao, T. Shoda, T. Kozawa, and S. Seki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 57(8) ページ: 86504
  • DOI: DOI: 10.7567/JJAP.57.086504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hash-Mark-Shaped Azaacene Tetramers with Axial Chirality (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Inoue, D. Sakamaki, Y. Tsutsui, M. Gon, Y. Chujo, and S. Seki
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140(23) ページ: 7152-7158
  • DOI: DOI: 10.1021/jacs.8b02689
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic CO Oxidation of Palladium Nanoparticles Formed by One-Step Synthesis on Polycarbosilane Nanowires (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Tsukuda, A. Idesaki, M. Sugimoto, S. Seki, and T. Omata
  • 雑誌名: Mater. Res. Express 巻: 5(8) ページ: 85003
  • DOI: DOI: 10.1088/2053-1591/aad122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient Optical窶溺icrowave Spectroscopy for Electron Mobility Assessment in Solids and Gels: A Comprehensive Approach (2018)
  • 著者名/発表者名: W. Matsuda, T. Sakurai, G. Ghosh, S. Ghosh, and S. Seki
  • 雑誌名: J. Photopolym. Sci. Technol. 巻: 31 ページ: 91-99
  • DOI: DOI: 10.2494/photopolymer.31.91
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A phase transformable ultrastable titanium-carboxylate framework for photoconduction (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Wang, T. Kitao, N. Guillou, M. Wahiduzzaman, C. Martineau-Corcos, F. Nouar, A. Tissot, L. Binet, N. Ramsahye, S. Devautour-Vinot, S. Kitagawa, S. Seki, Y. Tsutsui, V. Briois, N. Steunou, G. Maurin, T. Uemura, and C. Serre
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 ページ: 660
  • DOI: DOI: 10.1038/s41467-018-04034-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Catalytic and conductivity studies in two dimensional coordination polymers built with a thiazole based ligand (2018)
  • 著者名/発表者名: P. Kumar, S. Lymperopoulou, E. Loukopoulos, W. Matsuda, N. Kourkoumelis, S. Seki, and G. E. Kostakis
  • 雑誌名: Polyhedron 巻: 150 ページ: 21-27
  • DOI: DOI: 10.1016/j.poly.2018.04.040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Peripherally Cyanated Subphthalocyanines as Potential n窶慎ype Organic Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Zango, T. Sakurai, B. Urones, H. Saeki, W. Matsuda, M. V. Martテュnez-Dテュaz, S. Seki, and T. Torres
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 24(33) ページ: 8331-8342
  • DOI: DOI: 10.1002/chem.201801190
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The reductive aromatization of naphthalene diimide: A versatile platform for 2,7-diazapyrenes (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nakazato, T. Kamatsuka, J. Inoue, T. Sakurai, S. Seki, H. Shinokubo, and Y. Miyake
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 54(41) ページ: 5117-5180
  • DOI: DOI: 10.1039/C8CC01937A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paramagnetism enhancement by in situ electrochemical hole doping into a Prussian Blue thin film (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Noguchi, M. Nakano, S. Kang, O. Sato, and S. Seki
  • 雑誌名: Mater. Chem. Front. 巻: 2(5) ページ: 1004-1008
  • DOI: DOI: 10.1039/C7QM00615B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Durian-Shaped CdS@ZnSe Core@mesporous-Shell Nanocrystals for Enhanced and Sustainable Photocatalytic Hydrogen Evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Z. Lian, M. Sakamoto, Y. Kobayashi, N. Tamai, J. Ma, T. Sakurai, S. Seki, T. Nakagawa, M. Lai, M. Haruta, H. Kurata, and T. Teranishi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9(9) ページ: 2212窶?2217
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00789
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fullerene/cobalt porphyrin charge-transfer cocrystals: Excellent thermal stability and high mobility (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Zheng, J. Zhong, W. Matsuda, P. Jin, M. Chen, T. Akasaka, K. Tsukagoshi, S. Seki, J. Zhou, and X. Lu
  • 雑誌名: Nano Res. 巻: 11(4) ページ: 1917窶?1927
  • DOI: DOI: 10.1007/s12274-017-1809-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electron-Transporting Foldable Alternating Copolymers of Perylenediimide and Flexible Macromolecular Chains (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Sakurai, N. Orito, S. Nagano, K. Kato, M. Takata, and S. Seki
  • 雑誌名: Mater. Chem. Front. 巻: 2(4) ページ: 718窶?729
  • DOI: DOI: 10.1039/C7QM00616K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and properties of a twin donor molecule composed of cofacially stacked dihydrodiazapentacenes (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Sakamaki, H. Saeki, and S. Seki
  • 雑誌名: Mater. Chem. Front. 巻: 2(4) ページ: 530窶?536
  • DOI: DOI: 10.1039/C7QM00563F
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Au nanoparticles on poly(vinylpyrrolidone) nanowires exhibiting reversible frequency change of localized surface plasmon resonance (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Tsukuda, S. Seki, M. Omichi, M. Sugimoto, A. Idesaki, T. Sekino, and T. Omata
  • 雑誌名: AIP Adv. 巻: 8(1) ページ: 15314
  • DOI: DOI: 10.1063/1.5001553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvent Switchable Nanostructures and Function of a マ?-Amphiphile (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Sikder, J. Sarkar, T. Sakurai, S. Seki, and S. Ghosh
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 10(7) ページ: 3272窶?3280
  • DOI: DOI: 10.1039/C7NR07989C
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Supramolecular assemblies of a nitrogen-embedded buckybowl dimer with C60 (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yokoi, S. Hiroto, D. Sakamaki, S. Seki, and H. Shinokubo
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 9(4) ページ: 819-824
  • DOI: DOI: 10.1039/C7SC04453D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique cohesive nature of the ホイ1-isomer of [70]PCBM fullerene on structures and photovoltaic performances of bulk heterojunction films with PffBT4T-2OD polymers (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, K. Igarashi, D. Sakamaki, S. Seki, and H. Imahori
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 54(4) ページ: 405窶?408
  • DOI: DOI: 10.1039/C7CC08947C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supramolecular Chirality Issues in Unorthodox Naphthalene Diimide Gelators (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Ghosh, M. Pal, T. Sakurai, W. Matsuda, P. Dastidar, S. Seki, and S. Ghosh
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 24(8) ページ: 1938-1946
  • DOI: DOI: 10.1002/chem.201704825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward Bioelectronic Materials: Photoconductivity in Protein窶撤orphyrin Hybrids Wrapped around SWCNT (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Lテウpez-Andarias, S. H. Mejテュas, T. Sakurai, W. Matsuda, S. Seki, F. Feixas, S. Osuna, C. Atienza, N. Martテュn, and A. L. Cortajarena
  • 雑誌名: Adv. Funct. Mater. 巻: 28(24) ページ: 1704031
  • DOI: DOI: 10.1002/adfm.201704031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation and Photodynamic Behavior of Transition Metal Dichalcogenide Nanosheet窶擢ullerene Inorganic/Organic Nanohybrids on Semiconducting Electrodes (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, T. Umeyama, W. Choi, Y. Tsutsui, H. Yamada, S. Seki, and H. Imahori
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 24(7) ページ: 1561-1572
  • DOI: DOI: 10.1002/chem.201703699
  • 査読あり
• [学会発表] Carbon-Based Electronic Materials and Interfaces: Non-Contact Approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Seki
  • 学会等名: 2nd From Carbon-Rich Molecules to Carbon-Based Materials Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Combined Spectroscopy Technique of Electromagnetic Waves for Electric Conductivity of Molecular Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Seki
  • 学会等名: Materials PLUS 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organic Functional Nanomaterials by Single Particle Triggered Linear Polymerization (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Seki
  • 学会等名: The 3rd Materials Chemistry Frontiers International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Combined Electromagnetic Waves Spectroscopy: A Versatile Tool for Electronic Transport in Molecular Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Shu Seki
  • 学会等名: Conjugated Molecular Bricolage for Functional Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マイクロ波領域での複素伝導率解析による電荷移動度の非接触・非破壊計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関 修平
  • 学会等名: 日本学術振興会188委員会
  • 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] pi-Figuration Japan-Spain Symposium (2018)