| 研究課題/領域番号 |
16K13626
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| 研究機関 | 大阪工業大学 |
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研究代表者 |
村田 理尚 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (30447932)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 配位高分子 / 有機熱電変換材料 / 導電性高分子 / エナジーハーベスト / 環境発電 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度の研究においては，フレキシブルな熱電変換材料の創出に向けて，高効率有機合成の鍵となるπ共役ジチオラート型配位子の汎用的合成ルートを確立した。すなわち，π共役テトラチオール類が一般に空気に不安定であることを念頭に，全てのメルカプト基をシアノエチル基で保護した前駆体に着目し，パラジウム触媒を用いるクロスカップリング反応を用いる手法により，市販の安価な原料から２段階の化学変換で，空気な安定な配位子前駆体として効率的に合成する手法を確立した。これにより，ベンゼン環やチオフェン環にシアノエチル基で保護された硫黄原子を４個導入した多彩なモノマー前駆体を効率的に合成できるようになった。さらに，これらのモノマー類を用いることにより，塩基を用いる脱保護ならびに金属錯体形成をワンポットで進行させる合成条件を検討し，導電性を示す黒色固体が得られることを見出した。得られた黒色粉末は溶解性が低いものの，ペレットを作製して室温付近における熱電変換特性に関する予備的検討を実施したところ，ペレットの両端に与えた温度差に追従して起電力が生じることを確認でき，中心金属にニッケル（II）を用いた配位高分子のペレットでは，これまで報告例の少ないn型の熱電変換特性を示すことがわかった。本研究で確立したπ共役配位子の前駆体に関する汎用的合成法は，π共役系の構造や中心金属の種類が熱電変換特性に及ぼす効果を解明する研究に道を開くものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
これまでπ共役ジチオラート型配位高分子が熱電変換材料に有望であることは知られてきたが，入手可能なπ共役配位子には大きな制約があり，材料のレパートリーが極めて狭い状況にあった。本年度の研究では，シアノエチル基でメルカプト基を保護した安定なπ共役配位子の汎用的な合成ルートを確立した。さらに，脱保護と金属錯体の形成をワンポットで進行させることができることを見出し，得られた物質が室温付近において熱電変換特性を示すことを確認した。この独自の合成手法を用いることにより，多彩な配位高分子の合成と熱電変換特性に関する基礎研究を実施することが可能となったため，概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究において既に確立した汎用的合成ルートに基づき，柔軟性のある熱電変換材料の創出へと展開したい。そのためには，得られる導電性配位高分子をフィルム化する手法を検討する必要があるが，現状では得られた配位高分子の溶解性は極めて乏しく，加工性の観点から課題がある。かさ高い置換基の導入もしくは配位高分子のπ共役系の構造を三次元化するなどの手法を適用することにより，有機熱電変換の基礎研究のみでなく，フレキシブル熱電変換デバイスへの応用に向けた物質創製研究を推進する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
これまでの研究により，熱電変換材料の独自の汎用的合成ルートの開拓を概ね達成したが，平成29年4月から研究実施場所に変更があり，研究室の立ち上げに時間を要したことに加え，熱電素子としての固体物性を評価するためのフィルム化に関して，再現性の確かな実験手法の確立に想定以上の時間を要したため。次年度においては主として薬品などの消耗品費として使用する。
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