明確な構造をもつ分子性グラフェンを用いたモデル研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26288038
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 荒谷 直樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (60372562)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 有機半導体 / グラフェン / 分子デバイス / アセン

研究実績の概要

現在もっともホットな研究対象の一つであるグラフェンのモデル研究として、構造の明確な、分子として扱うことが可能な「ナノグラフェン」の科学を探究している。テトラベンゾペリペンタセンはsp2炭素56個からなる平面分子であるが、結晶中では天然には見られないβ型グラファイトの重なり方をしていた。溶液中でもπ平面が安定してスタックした状態を保つことができれば、分子性のグラファイト（ナノグラファイト）として、面間の相互作用や層間貫入化合物の合成や性質を調べることができる。そこで我々はそのプロトタイプとして、1,8-ナフタレン架橋によってペリレンを強制的に積層することに成功した。ペリレン層間の距離が、一般的な結晶中に見られるπ-πスタックよりも短く、グラファイト中の炭素シート間距離と同等であることを単結晶Ｘ線構造解析から明らかにした。２量体の電気化学測定から、第１酸化電位がペリレン単量体と比べて200 mV程度低くなっていることが明らかになり、安定なカチオンダイマーを形成していることが示唆された。
積層２量体の吸収スペクトルは単量体と比べて長波長シフトしており、その蛍光は狙い通りエキサイマー発光を示した。同じ手法で３量体まで合成に成功している。
リチウムイオン電池はグラファイト負極を用いており、炭素シート間に金属を挿入することは安定なレドックスの達成に繋がると予想される。そこで金属原子をサンドイッチした層間化合物の合成にも挑戦している。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National Unversity of Singapore/Nanyang Technplogical University(Singapore)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: National Unversity of Singapore/Nanyang Technplogical University
• [国際共同研究] Yonsei University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Yonsei University
• [国際共同研究] Autanoma University of Madrid(Spain)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Autanoma University of Madrid
• [雑誌論文] Rylene Ribbons with Unusual Diradical Character (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Zeng, H. Phan, T. S. Herng, T. Y. Gopalakrishna, N. Aratani, Z. Zeng, H. Yamada, J. Ding, J. Wu
  • 雑誌名: Chem 巻: 2 ページ: 81-92
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2016.12.001
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fullerene-Based n-Type Materials That Can Be Processed by a Photoprecursor Approach for Photovoltaic Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kawajiri, T. Kawanoue, M. Yamato, K. Terai, M. Yamashita, M. Furukawa, N. Aratani, M. Suzuki, K.-i. Nakayama, H. Yamada
  • 雑誌名: ECS J. Solid State Sci. Technol. 巻: 6 ページ: M3068-M3074
  • DOI: 10.1149/2.0141706jss
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Engineering Thin Films of a Tetrabenzoporphyrin toward Efficient Charge-Carrier Transport: Selective Formation of a Brickwork Motif (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, B. Shan, X. Xu, S. Yang, T. Koganezawa, D. Kuzuhara, N. Aratani, M. Suzuki, Q. Miao, H. Yamada
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 ページ: 8211-8218
  • DOI: 10.1021/acsami.6b13988
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Semiconducting Self-assembled Nanofibers Prepared from Photostable Octafluorinated Bisanthene Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 23 ページ: in press
  • DOI: 10.1002/chem.201700080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Studies on Pyrene and Perylene Derivatives upon Oxidation and Application to a Higher Analogue (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, H. Hayashi, D. Kuzuhara, J. Yuasa, T. Kawai, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 90 ページ: in press
  • DOI: 10.1246/bcsj.20160337
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rearrangement of an aniline linked perylene bisimide under acidic conditions and visible to near-infrared emission from intramolecular charge-transfer state of its fused derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kojima, A. Tamoto, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 53 ページ: in press
  • DOI: 10.1039/C7CC01520H
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] β-to-β 2,5-Pyrrolylene-Linked Cyclic Porphyrin Oligomers (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Rao, J. O. Kim, W. Kim, G. Zhong, B. Yin, M. Zhou, H. Shinokubo, N. Aratani, T. Tanaka, S. Liu, A. Osuka, D. Kim, J. Song
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 52 ページ: 8801-8804
  • DOI: 10.1002/chem.201601306
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Switching charge-transfer characteristics from p-type to n-type through molecular “doping” (cocrystallization) (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, P. Gu, G. Long, R. Ganguly, Y. Li, N. Aratani, H. Yamada, Q. Zhang
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 ページ: 3851-3856
  • DOI: 10.1039/c5sc04954g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bisanthra-thianthrene: synthesis, structure and oxidation properties (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yamashita, H. Hayashi, M. Suzuki, D. Kuzuhara, J. Yuasa, T. Kawai, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 6 ページ: 70700-70703
  • DOI: 10.1039/c6ra13036d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Metalation of Doubly o-Phenylene-Bridged Cyclic Bis(dipyrrin)s with Highly Bent Skeleton of Dibenzoporphyrin(2.1.2.1) (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kuzuhara, W. Furukawa, A. Kitashiro, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 10671-10678
  • DOI: 10.1002/chem.201601083
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Porphycene Dimer Based Non-Fullerene Acceptor for Organic Solar Cell (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Okabe, D. Kuzuhara, M. Suzuki, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 20 ページ: 1350-1360
  • DOI: 10.1142/S1088424616501108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Benzo[4,5]cyclohepta[1,2-b]fluorene: an isomeric motif for pentacene containing linearly fused five-, six- and seven-membered rings (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Yang, X. Shi, N. Aratani, T. P. Gonalves, K.-W. Huang, H. Yamada, C. Chi, Q. Miao
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 ページ: 6176-6181
  • DOI: 10.1039/c6sc01795a
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aromaticity Relocation in Perylene Derivatives upon Two-electron Oxidation to Form Anthracene and Phenanthrene (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, H. Hayashi, D. Kuzuhara, J. Yuasa, T. Kawai, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 14462-14466
  • DOI: 10.1002/chem.201602188
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fullerene-linked tetrabenzoporphyrins for solution-processed organic photovoltaics: flexible vs. rigid linkers (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tamura, D. Kuzuhara, M. Suzuki, H. Hayashi, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 4 ページ: 15333-15342
  • DOI: 10.1039/c6ta06599f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of an Iridium Triphyrin Complex (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Xue, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 55 ページ: 10106-10109
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b01841
  • 査読あり
• [学会発表] エチレン架橋拡張ポルフィリン類の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 葛原 大軌、薛 松林、荒谷 直樹、山田 容子
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 二重1,8-ナフチレン架橋対面型ペリレン2量体の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村山 智寿・荒谷 直樹・山田 容子
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Synthesis of an N-doped nanographene (2017)
  • 著者名/発表者名: IKEDA, Erika; ARATANI, Naoki; YAMADA, Hirorko
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] ベンゾジサルチンを利用した高次アセンの合成法の開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 智士・荒谷 直樹・山田 容子
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Synthesis of Macrocyclic Molecules with Twisted Porphyrins(2.1.2.1) (2017)
  • 著者名/発表者名: FURUKAWA, Wataru; KUZUHARA, Daiki; ARATANI, Naoki; YAMADA, Hiroko
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Substituent Impact on the Open-Circuit Voltage in Organic Solar Cells Prepared through a Photoprecursor Approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuharu Suzuki, Kengo Terai, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] From Nanographene to Molecular Graphite-Development of Pyrene and Perylene-based Large π-Conjugated Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Aratani, Akinobu Matsumoto, Akira Tamoto, Tomohisa Murayama, and Hiroko Yamada
  • 学会等名: 9th Singapore International Chemistry Conference
  • 発表場所: NUS University Town, Singapore
  • 年月日: 2016-12-11 – 2016-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of a 56 All-Carbon Conjugated Tetrabenzoperipentacene (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinobu Matsumoto, Mitsuharu Suzuki, Daiki Kuzuhara, Hironobu Hayashi, Naoki Aratani, and Hiroko Yamada
  • 学会等名: 9th Singapore International Chemistry Conference
  • 発表場所: NUS University Town, Singapore
  • 年月日: 2016-12-11 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] The structure and property of nonabenzocoronene for organic electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Tamoto, N. Aratani, A. Briseno, H. Yamada
  • 学会等名: 9th Singapore International Chemistry Conference
  • 発表場所: NUS University Town, Singapore
  • 年月日: 2016-12-11 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Photophysical Properties of Face-to-face Perylene Dimer and Trimer (2016)
  • 著者名/発表者名: Murayama Tomohisa, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
  • 発表場所: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-09-06 – 2016-09-08
• [学会発表] π拡張したペリレンビスイミド誘導体の合成と物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本彬伸、荒谷直樹、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] ナフタレン縮環TTF bisimideの合成とそのラジカルカチオンの性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下正貴、荒谷直樹、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] ノナベンゾコロネンの結晶構造とデバイス性能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田本彬、荒谷直樹、Briseno Alejandro、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] 湾曲構造を有するヘキサフィリン(2.1.2.1.2.1)とポルフィリン(2.1.2.1)とその金属錯体の合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 薛 松林・葛原・大軌・荒谷直樹・山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] 分子性グラファイトを志向した対面型ペリレン多量体の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒谷直樹、村山智寿、松本彬伸、田本彬、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] Synthesis of Oxatriphyrin(2.1.1) and its Boron Complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroko Yamada, Daiki Kuzuhara, Shinsuke Kawatsu, Songlin Xue, Naoki Aratani
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Non-planar Dimers for New n-type Organic Semiconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Okabe, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会
• [学会発表] Dibenzoporphyrin(2.1.2.1):Highly Bent o-Phenylene Bridged Bisdipyrrin (2016)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kuzuhara, Wataru Furukawa, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functionalized Porphycenes for Organic Electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kuzuhara, Takuya Okabe, Mika Sakaguchi, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Highly Bent Porphyrins(2.1.2.1) and Their Metal Complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Wataru Furukawa, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 26th IUPAC International Symposium on Photochemistry
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2016-04-03 – 2016-04-08
  • 国際学会
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学 有機光分子科学研究室
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/