グラフェンフラグメントへの窒素原子ドーピングによるn型有機半導体の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05790
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 小嵜 正敏 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (10295678)
• 研究分担者: 岡田 惠次 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 特別研究員 (50152301) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: グラフェン / ピレン / 縮合多環化合物 / フェノキサジン / ペンタセン / 電子材料 / ヘテロ環

研究実績の概要

前年度から継続してグラフェン断片とみなせる縮合多環芳香族化合物に窒素原子をはじめとするヘテロ原子をドーピングすることに取り組んだ。その結果、特異な光物理および電気化学特性を示すπ電子系分子を得ることに成功した。得られた化合物は、機能性材料の構成要素としての応用が期待できる。
１．含窒素ベンゾピレン誘導体　前年度にピレン骨格へ戦略的に窒素原子を導入する短工程かつ汎用性の高い手法を開発している。この方法を応用して、一連の含窒素ベンゾピレン類を合成することに成功した。得られた化合物の吸収・蛍光スペクトル測定および電気化学的測定により、合成した含窒素ベンゾピレン類の性質を評価・比較した。その結果より、導入する窒素原子の数や位置がこれら性質の変化の度合いに影響を及ぼすことを明らかにした。この成果により、新しい分子設計指針を提供した。
２．フェノキサジン二量体　アントラセンの三点連結二量体に窒素および酸素原子を組み込んだ電子ドナー性分子（フェノキサジン二量体）を合成し、その性質を解明した。中性分子は非常に低い酸化電位をもっており、化学酸化により安定なラジカルカチオン種を得ることに成功した。中性種は2つのフェノキサジン環が折れ曲がり構造をした非平面構造、一電子酸化体は平面構造をしていることを明らかにした。一電子酸化することによって平面構造へと構造変化する化学種は報告例が少なく、興味深い成果を得た。
３．含窒素ジベンゾアントラセン　強い分子間相互作用を有しているイソキナクリドン骨格への窒素原子ドーピングを検討し、ピリジン環を一つ含むイソキナクリドン誘導体の合成に成功した。紫外可視吸収スペクトル測定により分子の性質を解明した。さらに、前年度に開発した含窒素ピレン合成手法を応用することで、湾曲型構造を有する含窒素ジベンゾアントラセンの合成を達成した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Monastir(チュニジア)
  • 国名: チュニジア
  • 外国機関名: University of Monastir
• [雑誌論文] Inhibition of Ligand Binding Ability of Three Porphyrins by an Organic Effector (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoaki、Sasaki Yoshito、Tachi Yoshimitsu、Suzuki Shuichi、Okada Keiji、Kozaki Masatoshi
  • 雑誌名: Chemistry An Asian Journal 巻: 15 ページ: 594～600
  • DOI: 10.1002/asia.201901711
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox‐Induced Modulation of Exchange Interaction in a High‐Spin Ground‐State Diradical/Triradical System (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagata Atsuki、Hiraoka Shinsuke、Suzuki Shuichi、Kozaki Masatoshi、Shiomi Daisuke、Sato Kazunobu、Takui Takeji、Tanaka Rika、Okada Keiji
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 26 ページ: 3166～3172
  • DOI: 10.1002/chem.201905465
  • 査読あり
• [雑誌論文] Designing New Small Molecules from Cyclopentadithiophene (CPDT) Derviatives for Highly Efficient Blue Emitters in OLEDs: DFT Computational Modeling (2019)
  • 著者名/発表者名: Rania Zaier, Said Hajaji, Masatoshi Kozaki and Sahbi Ayachi
  • 雑誌名: J. Mater. Environ. Sci. 巻: 10 ページ: 195～207
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structures and Electronic Properties of Diisopropylaminoborane Substituted with Highly Electron-Rich π-Conjugated Systems and Their Oxidized States (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Kohei、Suzuki Shuichi、Kozaki Masatoshi、Okada Keiji
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 92 ページ: 1902～1909
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190199
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disorder-Enhanced Dimensionless Thermoelectric Figure of Merit zT of Non-stoichiometric Organic Conductor (TTT)2I3+δ (δ ? 0.1) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshino Harukazu、Hasegawa Akifumi、Kuroda Natsuki、Ishikawa Manabu、Tanaka Rika、Kozaki Masatoshi、Nakano Yoshiaki、Otsuka Akihiro、Yamochi Hideki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 104708～104708
  • DOI: doi:10.7566/JPSJ.88.104708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-dependent electron transfer dynamics in a platinum-complex?donor?acceptor triad studied by transient-absorption detected magnetic field effect (2019)
  • 著者名/発表者名: Miura Tomoaki、Miyaji Kio、Horikoshi Takafumi、Suzuki Shuichi、Kozaki Masatoshi、Okada Keiji、Ikoma Tadaaki
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 151 ページ: 234306～234306
  • DOI: 10.1063/1.5127940
  • 査読あり
• [学会発表] 芳香環が縮環したジアザピレン誘導体の合成と性質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 政二康文、小嵜正敏、舘祥光
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
• [学会発表] ジケトピペラジン骨格を含む複素環式芳香族化合物の合成と性質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田航佑、小嵜正敏・舘祥光
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
• [学会発表] Short-step Syntheses and Photophysical Properties of Nitrogen-Containing Pyrenes (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Kozaki, Y. Omura, Y. Tachi, and K. Okada
  • 学会等名: The 6th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications” (6th AWEST 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 三重項励起エネルギー勾配を持つデンドリマーの合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 和田拓巳、岡本直也、舘祥光、小嵜正敏
  • 学会等名: 第30回基礎有機化学討論会
• [備考] Laboratory of Physical Organic Chemistry
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/phyorg/POCweb/index.html