液晶構造を有する球状金属錯体の気体分離材料への応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15J10377
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 内田 淳也 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• キーワード: 液晶 / 自己組織化 / 超分子錯体

研究実績の概要

中空構造を有する球状金属錯体は自己組織化により簡便な手法で作製できることに加え、化学修飾により球の内部および外部に様々な機能性を付与できるため注目を集めている。しかし従来の機能化は溶液系が中心であり、凝集状態における機能化を行った例は極めて限られている。本研究では、液晶の動的な秩序性と球状金属錯体特有の中空構造や官能基の集積効果を融合することにより、新たな機能性分子集合体の開発を目指している。
本年度は、まず本研究で対象とする球状金属錯体について架橋構造の形成を行い、自立性の付与を試みた。反応性官能基を集積した球状金属錯体と両末端に反応点を有する高分子を複合化したところ、溶媒のゲル化を確認した。走査型電子顕微鏡観察、赤外分光測定により解析を行い、ネットワーク構造の形成を確認した。作製した球状金属錯体ゲルは、切断後に再度接着することで修復する自己修復性を有していた。これらの結果は、超分子金属錯体を活用する材料設計のための新たな指針になることが期待される。
また、液晶性を誘起するメソゲン部位に関して、分子構造と液晶性についての系統的な調査を行った。具体的には、分子に導入する剛直な棒状部位の数および置換位置と液晶挙動の関係について調べた。当初の予想通り、剛直部位を複数導入した化合物は広い温度範囲で液晶性を示した。一方、安息香酸の二つのメタ位にオキシエチレン鎖を介して剛直部位を導入したフォーク状分子について赤外分光測定を行ったところ、液晶状態においてもほとんど二量体を形成していないことがわかった。柔軟なオキシエチレン鎖がカルボキシ基の付近に存在し、分子の二量化を阻害したためと推察される。これらの結果は、フォーク状メソゲンを有する分子の集合構造を考察するための基礎的な指針を与えることにつながると考えられる。

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

平成28年度の研究により、自己組織化プロセスを活用して球状金属錯体を架橋点とする動的ネットワーク構造を構築することができた。また、メソゲン部位を複数有する液晶分子の構造と自己組織化挙動の関係について基礎的な知見を収集することができた。これらの知見は今後の材料開発の指針となることが期待できるため、平成28年度における研究はおおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

平成28年度の研究において、事後修飾法による球状金属錯体ネットワークの形成という興味深い性質が確認できた。今後は液晶分子との複合化を行い、液晶のナノ構造を有する自立性材料の構築、およびその刺激応答性などの性質について調査する予定である。