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2023 年度 実績報告書

超原子価高周期元素による共役系高分子の光電子物性制御と理論設計法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 21H02001
研究機関京都大学

研究代表者

田中 一生  京都大学, 地球環境学堂, 教授 (90435660)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード共役系高分子 / 近赤外 / 発光
研究実績の概要

近赤外光の有用性から、近赤外発光性高分子の開発が近年益々望まれている。ここで近赤外発光を得るには狭エネルギーギャップの電子構造が必要であるが、既存の分子設計では骨格が大型となるため溶媒への溶解性が乏しく、化学修飾が困難であることや高分子化も極めて困難であった。特に、拡張π共役系間の強い分子間相互作用により濃度消光が引き起こされ、固体発光性の低下が起こる。以上、拡張π共役系に基づく既存の分子設計では近赤外発光材料開発は限界を迎えていた。このような状況で、アゾベンゼンホウ素錯体を足場として様々な共役系高分子を合成した。まず、共役系を伸長せずに最低空軌道(LUMO)のみを引き下げ、狭ギャップ構造を実現するという我々が最近提唱している新しい設計指針について、実際に様々な共役系分子・高分子を合成することで、その有効性を実証した。得られた材料により溶解性や製膜性など既存の材料における諸問題を解決することができ、そして様々な機能性近赤外発光性高分子の開発に成功した。ここで、有機化合物で1,000 nm以上の長波長領域で発光を示すものはポルフィリン錯体など一部の分子に限られており、選択肢は少ない。これらの分子は汎用溶媒への溶解性が低く、高分子化することは困難である。そこで上記の成果をもとに研究を進め、最終的には従来の高分子では実現が極めて困難な1200 nm以上に発光極大を持つ高輝度材料の開発に成功した。さらに、元素の特性を活かして新奇の刺激応答性材料の構築を達成した。UV光照射により高分子鎖が分解する反応を見出し、これを利用することで光駆動型の分子放出システムの構築が可能となった。以上、共役系を拡張しない近赤外発光性高分子材料の新しい設計指針の確立に重要な実証データを数多く得ることに成功したことに加え、様々な刺激応答性材料を開発したことから、十二分に成果を挙げることができたといえる。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (17件) (うち査読あり 16件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Synthesis of Regioregular and Random Boron‐Fused Azomethine Conjugated Polymers for Film Morphology Control2024

    • 著者名/発表者名
      Ohtani Shunsuke、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal

      巻: - ページ: e202301136

    • DOI

      10.1002/asia.202301136

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis, cation exchange, and optical properties of pyrene-based chromophores containing [CB9H9]? and [CB11H11]? cluster units2024

    • 著者名/発表者名
      Ochi Junki、Yanagihara Takumi、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 97 ページ: uoae005

    • DOI

      10.1093/bulcsj/uoae005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] UV-to-NIR Wavelength Conversion of π-Conjugated Polymers Based on Pyrene-Substituted Boron-Fused Azobenzene Complexes2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Masashi、Yamauchi Momona、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 ページ: 7571~7578

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.3c01124

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly efficient luminescence from boron β-dialdiminates and their π-conjugated polymers in both solutions and solids: significant impact of the substituent position on luminescence behavior2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Shunichiro、Hashizume Miyako、Taka Hideo、Kita Hiroshi、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontiers

      巻: 7 ページ: 4971~4983

    • DOI

      10.1039/D3QM00761H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design for a Pure-Blue-Emissive Polymer Film through the Selective Perturbation of the Energy Level of the Highest Occupied Molecular Orbital in a Boron Complex2023

    • 著者名/発表者名
      Suenaga Kazumasa、Watanabe Aoi、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 ページ: 6419~6425

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.3c01115

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of Near-Infrared Emission Based on Hypervalent Germanium(IV)-Fused Azobenzene Compounds with Electron-Donating Groups2023

    • 著者名/発表者名
      Gon Masayuki、Yaegashi Misao、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 ページ: 778~784

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230120

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and Synthesis of Far‐Red to Near‐Infrared Chromophores with Pyrazine‐Based Boron Complexes2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hiromasa、Watanabe Hiroyuki、Ito Shunichiro、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Chemistry ? An Asian Journal

      巻: 18 ページ: e202300489

    • DOI

      10.1002/asia.202300489

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stimuli-Responsive π-Conjugated Polymers Showing Solid-State Emission Based on Boron-Fused Azomethine Complexes with NNO-Tridentate Ligands2023

    • 著者名/発表者名
      Kanjo Misato、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 15 ページ: 31927~31934

    • DOI

      10.1021/acsami.3c06277

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective modulation of energy levels of frontier orbitals in solid-state luminescent boron-fused azomethine polymers with orthogonal orientations to the main chains2023

    • 著者名/発表者名
      Gon Masayuki、Kanjo Misato、Ohtani Shunsuke、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 14 ページ: 2893~2901

    • DOI

      10.1039/D3PY00335C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Facile Preparation of Near Infrared-Luminescent Protein Complexes with Conjugated Polymers Consisting of Boron Azobenzene Units2023

    • 著者名/発表者名
      Yoo Dahye、Nakamura Masashi、Kanjo Misato、Gon Masayuki、Watanabe Hiroyuki、Kita Hiroshi、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 ページ: 659~662

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230083

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of the Lowering Effect on Energy Levels of LUMO by the Formation of B?N Dative Bond for Near‐infrared Light Absorption Properties Based on 1,3,4,6,8,9?b‐Hexaazaphenalene2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroyuki、Ito Yoshinori、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Asian Journal of Organic Chemistry

      巻: 12 ページ: e202300156

    • DOI

      10.1002/ajoc.202300156

  • [雑誌論文] Effects of Central Elements on the Properties of Group 13 Dialdiminate Complexes2023

    • 著者名/発表者名
      Aoyama Yuto、Sakai Yuki、Ito Shunichiro、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      Chemistry ? A European Journal

      巻: 29 ページ: e202300654

    • DOI

      10.1002/chem.202300654

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis, Characterization, and Photoluminescence Properties of Boron Tropolonate Complexes: From Fluorescence to Room Temperature Phosphorescence2023

    • 著者名/発表者名
      Ogoshi Hikari、Ito Shunichiro、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 ページ: 452~460

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solid-State Near-Infrared Emission of π-Conjugated Polymers Consisting of Boron Complexes with Vertically Projected Steric Substituents2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Masashi、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 ページ: 2709~2718

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.2c02578

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Hypervalent Bismuth on Electronic Properties of the Azobenzene Tridentate Ligand and Roles of Lewis Acidity in Controlling Optical Properties2023

    • 著者名/発表者名
      Tanimura Kazuya、Gon Masayuki、Tanaka Kazuo
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 62 ページ: 4590~4597

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c04478

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vapochromic films of π-conjugated polymers based on coordination and desorption at hypervalent tin(<scp>iv</scp>)-fused azobenzene compounds2023

    • 著者名/発表者名
      Gon Masayuki、Morisaki Yusuke、Tanimura Kazuya、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontiers

      巻: 7 ページ: 1345~1353

    • DOI

      10.1039/D2QM01295B

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near‐Infrared Emissive Hypervalent Compounds with Germanium(IV)‐Fused Azobenzene π‐Conjugated Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Gon Masayuki、Yaegashi Misao、Tanaka Kazuo、Chujo Yoshiki
    • 雑誌名

      Chemistry ? A European Journal

      巻: 29 ページ: e202203423

    • DOI

      10.1002/chem.202203423

    • 査読あり
  • [学会発表] Design for NIR AIE-active materials without expanding π-conjugated systems2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      Aggregation forum 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Logical Design for Functional NIR Materials Based on AIE-Active Element-Blocks2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      2023 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design and Application of Boron-Containing AIEgens2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Tanaka
    • 学会等名
      Tutorial lecture, 2023 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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