異種化合物の化学結合を介した超分子的複合化および接合界面での導電性発光特性

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15041
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 大曲 仁美 青山学院大学, 理工学部, 助教 (40846797)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 複合材料 / 発光希土類錯体 / 酸化グラフェン / 導電性発光

研究実績の概要

本研究では、優れた導電性を示すグラフェンと発光性の希土類(Ln)錯体を複合化することによって、互いの機能性が協奏的に働く新たな二次元発光・導電材料の創成を目指している。グラフェンの表面に錯体を修飾することは困難であることから、本研究では表面に酸素官能基を多く有する酸化グラフェン(GO)を用い、表面の酸素官能基と発光性の金属錯体を化学的に結合させることで複合体を合成した。初年度に引き続き、同様に長鎖アルキルを有するテルビウム(Tb)錯体を用いて複合体を合成し、Tb錯体由来の強い緑色発光を観測することに成功している。アルキル鎖の炭素数が異なる錯体を複合化させた膜の放射光X線回折の結果、GOの(001)面に帰属されるピークが長鎖アルキルを延長することで高角度側にシフトしており、錯体がGOシート層間に担持されていることを証明した。発光特性としては錯体をGO層間に担持することで発光寿命が長くなることがわかった。これは分子振動による無輻射失活を抑制していると推察される。GOは熱や光により表面の酸素官能基を脱酸素することで、グラフェンと同程度の導電性を示す還元型グラフェン(rGO)を得ることができる。GO/Ln複合体を200℃で熱還元し、得られたrGO/Ln複合体の電気伝導度を測定したが、導電性はGOのみの場合と変わらずほとんど電気を通さないことがわかった。この結果は、還元温度・時間を変化させても変わらず、GO表面の酸素官能基の多くが金属錯体と化学結合しているため、sp2炭素の割合が少なく期待していた導電性が観測されなかったことが示唆される。今後の展開として、GO上の酸素官能基を一部脱酸素したGOを合成し、そこへ金属錯体を導入することにより、導電性の向上とエレクトロクロミックデバイスへの展開を引き続き目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Luminescence of lanthanide complexes: From fundamental to prospective approaches related to water- and molecular-stimuli (2022)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Miki、Ohmagari Hitomi、Tanaka Hideyuki、Machida Kanade
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 巻: 50 ページ: 100484～100484
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2022.100484
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hidden Heterometallic Interaction Emerging from Resonant Inelastic X-ray Scattering in Luminescent Tb-Pt Molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Ahmed Shabana, David Chukwuma Izuogu, Kentaro Fuku, Tetsu Sato, Haitao Zhang, Yukina Yamamoto, Jun Kamata, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa, Goulven Cosquer, Shinya Takaishi, Takuma Kaneko, Tomoya Uruga, Yasuhiro Iwasawa, and Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c01396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Studies for Crystal Structures of Helicate Lanthanide Complexes Based on X-ray Analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Naofumi、Hijikata Masahiro、Ohmagari Hitomi、Tanaka Hideyuki、Inazuka Yudai、Saito Daisuke、Obata Shigeaki、Ohta Kazuo、Kato Masako、Goto Hitoshi、Hasegawa Miki
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 94 ページ: 2973～2981
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Circularly dichroic and circularly polarized spectra of helicate rare earth complexes with chirality (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmagari Hitomi、Hasegawa Miki
  • 雑誌名: Jasco Report 巻: 63 ページ: 8-12
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric properties exhibited by unreduced freestanding graphene oxide/carbon nanotube membranes (2021)
  • 著者名/発表者名: Islam Md. Saidul、Ohmagari Hitomi、Rahman Mohammad Atiqur、Shudo Yuta、Fukuda Masahiro、Yagyu Junya、Sekine Yoshihiro、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
  • 雑誌名: Materials Advances 巻: 2 ページ: 5645～5649
  • DOI: 10.1039/d1ma00299f
• [学会発表] 長鎖アルキル基を有するユウロピウム錯体のグラフェン複合体の構造と発光 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋秀治, 大曲仁美, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] キラリティとヘリカルな配位様式を有するユウロピウム錯体の膜化による円偏光発光増強 (2022)
  • 著者名/発表者名: 髙垣亮佑, 岩下竜也, 大曲仁美, 岩村宗高, 野崎浩一, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] リノール酸とバリンアミド-ビピリジンを有する発光性テルビウム錯体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉川知輝, 大曲仁美 , 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 可視励起型 NIR 発光性ネオジム錯体の合成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荻原佑斗, 大曲仁美, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 4 座のフェナントロリン誘導体の構造と希土類イオンとの相互作用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田雄斗, 大曲仁美, 山本侑貴奈, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 励起波長依存性発光を示すEu-アントラセン錯体の発光特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村田雄貴, 大曲仁美, 長谷川美貴
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] Multiple ligand-/Ln-centered luminescence of mononuclear lanthanide complexes with phenanthroline (2021)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Ohmagari, Yukina Yamamoto, Yuto Yoshida, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] Vapor-responsible luminescent terbium complexes with helicate structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Tanaka, Kanade Machida, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] Luminescence properties of terbium complex with the tetradentate ligand bridging two phenanthroline moietie (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukina Yamamoto, Yuto Yoshida, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] Highly luminescent hydrogel of water-soluble Eu complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanade Machida, Hitomi Ohmagari, Takayuki Nonoyama, Jian Ping Gong, Miki Hasegawa
  • 学会等名: Pacifichem @#254 symposium “Photofunctions of Soft Crystals Constructed with Coordination Compounds”
  • 国際学会
• [学会発表] 架橋した4座フェナントロリン誘導体の希土類イオンに対する配位に関わる知見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大曲仁美, 吉田雄斗, 山本侑貴奈, 長谷川美貴
  • 学会等名: 複合系の光機能研究会 オンラインライジングスター研究会