分子性スーパープロトンリレー材料の創製

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03791
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
• 研究分担者: 綱島 亮 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (70466431)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 水素結合 / インピーダンス / プロトン伝導 / 超分子 / 水酸化フラーレン / アモルファス / 吸着

研究実績の概要

分子性結晶内の水素結合様式とプロトン移動の制御から、スーパープロトンリレー材料を創製する事を研究目的とした。本年度は、水素結合性超分子チューブおよび球状の分子形状を有する水酸化フラーレン誘導体に着目した分子性材料を研究対象とし、プロトンリレー格子の構造・空間制御に関する検討を試みた。
アルキルアミド置換型のイソフタル酸が形成する分子間水素結合型6量体は、約1 nmの直径の内部ポアを有するリング状分子となり、分子間アミド結合によりリングが連結した中空チューブ構造を形成する。アルキル鎖長（n）に依存した分子集合体構造の変化が観測され、n = 14の場合にはチューブ型、n = 18の場合にはチューブ型とラメラ型の二種類の超分子集合体の形成が確認された。チューブ型の集積構造では、水分子がポア内を占有し、水－アルコール溶媒でゲル形成が確認される。さらにディスコチックヘキサゴナルカラムナー液晶相を発現し、誘電率の測定からチューブ内をプロトンリレー材料創製のための伝導パスとなる事が確認された。一方、ラメラ型の集積構造では、プロトンリレーを可能とする環境が形成せず、プロトン伝導度は観測されなかった。さらに、２本のアルキルアミド鎖を導入した安息香酸を用いた超分子集積構造の形成とプロトン伝導性の測定を実施した。
フラーレン表面に水酸基が複数個導入された水酸化フラーレンを研究対象とし、水やアルコール分子に対する分子吸着能とプロトン伝導性の相関に関する検討を試みた。球状分子が形成する水酸基による三次元水素結合ネットワーク構造は、アモルファス様の分子集合体を形成し、プロトン伝導に必要な３次元空間を形成する。これは、水酸化フラーレンに吸着される水またはアルコール分子の量により変化する事が可能であり、プロトン伝導度の絶対値と相関を示す事を明らかとした。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic and Crystal Structures of 1,2,3-Triazole-Fused p-Benzoquinone Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Sato, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: CrystEngComm. 巻: 19 ページ: 910-917
  • DOI: 10.1039/C6CE02167K
  • 査読あり
• [雑誌論文] olid-state Structure and Electronic States of Hydrogen-bonded Dimer of Pyridyl-substituted Tetrathiafulvalene Salted with PF6－ (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Kanetou, Ryo Tsunashima, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: RSC Advance 巻: 7 ページ: 6236-6241
  • DOI: 10.1039/C6RA27814K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual Fluorescent Zwitterionic Organogel of a Quinoxalinone Derivative using Cation&-Anion Detection Keys (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nakane, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Ken-ichi Sakai, and Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C. 巻: 5 ページ: 6234-6242
  • DOI: 10.1039/c7tc01242j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dielectric Anomaly Observed for Doubly Reduced Mixed-valence Polyoxometalate (2017)
  • 著者名/発表者名: Ippei Nakamura, Ryo Tsunashima, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, and Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 ページ: 6824-6827
  • DOI: 10.1039/c7cc03361c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of ordered carbonaceous frameworks from organic crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirotomo Nishihara, Tetsuya Hirota, Kenta Matsuura, Mao Ohwada, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa, Takeshi Higuchi, Hiroshi Junnai, Yoshiaki Matsuo, Jun Maruyama, Yuichiro Hayasaka, Hisashi Konaka, Yasuhiro Yamada, Takuya Kamimura, Hirofumi Nobukuni, Fumito Tani
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 109-1-9
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00152-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergent noncovalent hydrogen bonding effect to electronic structures of organic electron acceptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Takeda, Yasutaka Suzuki, Jun Kawamata, Shin-ichiro Noro, Takayoshi Nakamura, and Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 ページ: 23905-23909
  • DOI: 10.1039/c7cp04402j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inter-cluster Distance Dependence of Electrical Properties of Single Crystals of a Mixed-valence Polyoxometalate (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Tsunashima, Ippei Nakamura, Rika Oue, Seiya Koga, Hirofumi Oki, Shin-ichiro Noro, Takayoshi Nakamura, and Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: Dalton Trans 巻: 46 ページ: 12619-12624
  • DOI: 10.1039/C7DT02623D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hexathioalkyl sumanenes: An electron-donating buckybowl as a building block for supramolecular materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Shoji, Takashi Kajitani, Fumitaka Ishiwari, Qiang Ding, Hiroyasu Sato, Hayato Anetai, Tomoyuki Akutagawa, Hidehiro Sakurai, and Takanori Fukushima
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 8 ページ: 8405 - 8410
  • DOI: 10.1039/C7SC03860G
  • 査読あり
• [雑誌論文] n-type semiconducting behaviour of copper octafluorophthalocyanine in organic field-effect transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: Akane Matumoto, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa, and Masaki Matsuda
  • 雑誌名: Applied Science 巻: 9 ページ: 1111-1-7
  • DOI: 10.3390/app7111111
  • 査読あり
• [学会発表] 局在スピンを有する分子性導電体 TPP[FeIII(tbp)L2]2 (L = Br, Cl)の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西 美樹,石井龍太,池田光雄,花咲徳亮,星野哲久,芥川智行,松田真生
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] グアニジニウム-スルホン酸塩の相転移,結晶構造および誘電応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林貴博,星野哲久,武田貴志,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] キラルアンモニウムを導入した二次元ペロブスカイト結晶の相転移挙動,結晶構造および誘電応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋正樹,星野哲久,武田貴志,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] ビチアゾール骨格を用いた分子性吸脱着材料の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山浩史,武田貴志,星野哲久,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] フェニルスルホネート置換ナフタレンジイミド誘導体が形成する分子集合体構造の制御と物性開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川崎 渉,武田貴志,星野哲久,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] テトラ[3,4]チエニレンテトラカルボン酸および誘導体の合成と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小澤優喬,武田貴志,星野哲久,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] スルホネート基を導入した2-(2’-ヒドロキシフェニル)ベンゾ チアゾール誘導体の分子構造と発光特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中根由太,武田貴志,星野哲久,坂井賢一,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] ジアルコキシピラジノキノキサリンジオンの合成と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田貴志,池元智拾,星野哲久,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] 酸化還元活性なトリフェニレン誘導体を配位子にもつ鉄三核錯体の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野哲久,芥川智行
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] Control in Ferroelectricity and Optical Properties of Supramolecular Structures of Alkylamide-substituted Pyrene Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: ANETAI, Hayato; TAKEDA, Takashi; HOSHINO, Norihisa; AKUTAGAWA, Tomoyuki
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] Hydrogen-Bonding Molecular Assemblies of Alkylamide-Substituted Amphiphilic Isophthalic Acid Derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: LU, Chao; TAKEDA, Takashi; HOSHINO, Norihisa; AKUTAGAWA, Tomoyuki
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
• [学会発表] 分子集合体ナノファイバーの創製と機能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 芥川智行
  • 学会等名: 平成29年度繊維学会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 2,2’-ジアミノ-4,4’-ビチアゾール単結晶が示すゲスト吸脱着に伴う可逆な構造変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山 浩史,武田 貴志,星野 哲久,野呂 真一郎,高橋 仁徳,中村 貴義,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] 非平面型アルキルアミド置換ヘリセン誘導体の強誘電性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 姉帯 勇人,武田 貴志,星野 哲久,小林 東史,斎藤 望,重野 真徳,山口 雅彦,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] ピラーアレーンを用いたホスト―ゲスト錯体の結晶構造および相転移挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青山 優,武田 貴志,星野 哲久,島田 康生,秋根 茂久,生越 友樹,芥川 智行,
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] スルホン酸基を導入した2-(2’-ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾール結晶における発光性クロミズムと連動した動的分子構造変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中根 由太,武田 貴志,星野 哲久,坂井 賢一,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] フェニルスルホネート置換ナフタレンジイミド誘導体の分子集合体構造制御と機能開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川崎 渉,武田 貴志,星野 哲久,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] キラルアンモニウムを用いた層状ハロゲン化金属ペロブスカイトの結晶構造と誘電応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋 正樹,星野 哲久,武田 貴志,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] アルキルアミド置換ポルフィリン誘導体の合成と誘電応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 呉 筧きん,芥川 智行,武田 貴志,星野 哲久
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] アルキルアミド基を有する3回対称性アルコールおよびアミン誘導体の分子集合体構造と誘電応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 赤羽 悟,武田 貴志,星野 哲久,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] グアニジウム－アルキルスルホン酸塩の分子運動と誘電応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 貴博,星野 哲久,武田 貴志,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] PEGエステル基を有するテトラフェニルエチレン：凝集特性を示すAIE液体 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田 貴志,山本 俊介,三ツ石 方也,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Hydrogen-Bonding Molecular Assemblies of Alkylamide-Substituted Isophthalic Acid Derivatives with Different Alkyl Chain Lengths (2017)
  • 著者名/発表者名: Chao Lv, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] テトラ[3,4]チエニレンテトラカルボン酸の形成する多様なホスト－ゲスト結晶 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小澤 優喬,武田 貴志,星野 哲久,芥川 智行
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] 水素結合性π電子系システムを用いた多重機能性の創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 芥川智行
  • 学会等名: 日本物理学会2017秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogen-Bonding Assemblies of Amphiphilic Alkylamide-Substituted Isophthalic Acid Derivative with different Alkyl Chain Lengths (2017)
  • 著者名/発表者名: Chao Lu, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会2017
• [学会発表] Controls in Circularly Polarized Luminescence (CPL) and Ferroelectricity of Chiral Supramolecular Pyrene Assemblies (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayato Anetai, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 化学系学協会東北大会2017
• [学会発表] Fluorescent Cation-Anion Recognition Molecules And Its Assemblies (2017)
  • 著者名/発表者名: 芥川智行
  • 学会等名: ポリオキソメタレート研究の基礎と最前線
  • 招待講演
• [学会発表] 動的な水素結合型超分子集合体が示す機能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 芥川智行
  • 学会等名: 第26回有機結晶シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogen-bonding Supramolecular Assemblies and its Functionalities (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: Symposium on Chemistry and Materials 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hydrogen-bonding Supramolecular Functional Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: Special Lecture in Fujian Institute of Research on the Structure of Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bithiazole-based Molecular Sorption Materials, 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirohshi Nishiyama, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation and physical properties of tetra[3,4]thienylenetetracarboxylic acid and its alkylated derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: Masataka Ozawa, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Electron-deficient Acene-based Liquid Crystals, 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Takeda, Tomohiro Ikemoto, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Dual-Locking Fluorescent Zwitterionic Organogel of a Quinoxalinone Derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Akutatagawa, Yuta Nakane, Ken-ichi Sakai
  • 学会等名: 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Circularly Polarized Luminescence (CPL), Fluorescence, and Ferroelectricity of Chiral Alkylamides-Substituted Pyrene Supramolecular-Assemblies (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayato Anetai, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: 13th International Symposium on Functional p-Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] New Fabrication Method for CT Complex Crystals by Photoirradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Matsuda, Miki Nishi, Hiroyuki Hasegawa, Norihisa Hoshino, and Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Hydrogen-Bonding Assemblies of Alkylamide-Substituted Amphiphilic Isophthalic Acid Derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: Chao Lv, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Hydrogen-Bonding Network of Amorphous C60(OH)12(H2O)x and C60(OH)36(H2O)x (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Uchikawa, Shin-ichiro Noro, Takayoshi Nakamura, Ken Kokubo, Hidehiro Sakurai, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Ring-Type Molecular Assembly of Alkylamide-Substituted Isophthalic Acid (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Lv, T. Takeda, N. Hoshino, T. Akutagawa
  • 学会等名: The 6th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC6)
  • 国際学会
• [学会発表] Dual-locking Fluorescent Molecular Assembly of an Ion-sensing Quinoxalinone Derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Akutagawa, Y. Nakane, K. Sakai
  • 学会等名: The 6th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC6)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural Control and Physical Properties of Dianionic Naphthalenediimide Derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Kawasaki, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, and Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal StructureThe 24th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr 2017)s and Dielectric Responses of a Collective In-plane Molecular Rotator in p-Stacks (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Ichikawa and Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal Structures and Phase Transition Behaviors of Pillar[n]arene Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Aoyama, Yasuo Shimada, Shigehisa Akine, Tomoki Ogoshi, Takashi Takeda, Hironori Hoshino, and Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal Structures and Fluorescence Behaviors of 2-(2’-Hydroxyphenyl)benzothiazole Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nakane, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Ken-ichi Sakai, and Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal Structures and Dielectric Responses of Guanidinium-Sulfonate Salts (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kobayashi, Norihisa Hoshino, Takashi Takeda, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Dual Ion-Locking Fluorescent Molecular Assemblies (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nakane, Ken-ichi Sakai, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: p-Figuration Japanese-German Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control in Molecular Assemblies of Cation-Anion Pairs in Naphthalenediimide Derivative (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Kawasaki, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: p-Figuration Japanese-German Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Ferroelectricity of Non-planar Helicene Derivative bearing Alkylamide Chains (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayato Anetai, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Higashi Kobayashi, Nozomi Saito, Masanori Shigeno, Masahiko Yamaguchi, Tomoyuki Akutagawa
  • 学会等名: p-Figuration Japanese-German Symposium
  • 国際学会