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2015 年度 実績報告書

π共役分子の特性を活かした機能性元素ブロック材料の創出と物性研究

公募研究

研究領域元素ブロック高分子材料の創出
研究課題/領域番号 15H00756
研究機関九州大学

研究代表者

清水 宗治  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70431492)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードBODIPY / フタロシアニン / 光物性 / 複合材料・物性 / ナノ材料
研究実績の概要

本研究では本領域公募研究の知見を基に、ピロロピロールアザBODIPYおよびTTF縮環ケイ素フタロシアニン多量体を基盤とした新たな元素ブロックの創出と先行研究の元素ブロックを高分子化あるいは他の元素ブロックとの複合化することで、有機薄膜太陽電池、有機EL、電荷輸送・貯蔵材料へと発展させる。研究計画初年度の本年度は、種々のピロロピロールアザBODIPYの二量化を行い、単量体とは異なる可視近赤外領域に広がる吸収と波長依存性の蛍光発光について、架橋部分の違いから考察を行った。また二量体の幅広い吸収特性を利用して、有機薄膜太陽電池へと応用展開を領域内共同研究で行った。二量体はp型およびn型両方の色素分子として機能することを見出したが、低い溶解性のために変換効率は1%未満にとどまっている。来年度において、これを改善することで、高効率化を目指す。またピロロピロールアザBODIPYの配位子骨格を利用した金属錯体の合成および超分子ポリマーの合成についても検討を始めており、予備的ではあるが、良好な結果を得ている。
TTF縮環ケイ素フタロシアニンに関しては、TTF部位の酸化還元によるフタロシアニン部位の回転制御に成功しただけでなく、TTF縮環ケイ素フタロシアニンの高い電子授受能を利用することで、リチウム二次電池の正極活物質として検討したところ、オリゴマー混合物において、高いサイクル特性を示すことを明らかにした。また本系をフタロシアニンの環縮小類縁体であるサブフタロシアニンへと展開することで、TTF部位の酸化還元による分子間相互作用を駆動力とした超分子ポリマーの形成に成功した。これらのTTF縮環ケイ素フタロシアニンおよびサブフタロシアニンはナノ分子ワイヤとして、その伝導特性に興味が持たれるところであり、来年度において、さらに検討を行う。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

ピロロピロールアザBODIPYに関しては、二量体まで有機薄膜太陽電池へと応用展開することに成功しており、単量体とは異なり、p型・n型両方の色素として機能することを見出している。これは当初研究計画で予想していたこととは異なる結果であり、二量体の有機薄膜太陽電池色素としての有用性を見出したと言える。今後、溶解性を改善することで、さらなる高効率化が期待できる。またピロロピロールアザBODIPYの配位骨格の効率的な合成法の確立にも成功している。配位子骨格は二座配位子であるアザジピリンと類似の構造を有していることから、さまざまな金属イオンとの錯化が期待でき、それにより酸化還元特性や発光特性の制御へとつなげることが十分に可能であると考えている。
TTF縮環フタロシアニンに関しては、今年度において、リチウム二次電池の正極活物質として利用可能であることを見出した。これはTTF縮環フタロシアニン類の優れた伝導特性を示している。またフタロシアニンの環縮小類縁体であるサブフタロシアニンにおいても同様にTTFが縮環した分子の合成に成功している。フタロシアニンの系が共有結合的に連結したナノ分子ワイヤとして機能するのに対して、この系では超分子相互作用により構築されるナノ分子ワイヤへの発展が期待できる。実際に超分子ポリマーの合成にも成功しており、現在、これら二つの系の単分子の伝導特性について、STM-ブレイクジャンクションあるいはコンダクタンスAFM測定を共同研究において開始している。
以上のように、当初計画で時間の必要と考えられた分子系の構築にすでに成功しており、物性研究へと進めることができていることから、当初計画以上に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

ピロロピロールアザBODIPYに関しては、配位子骨格を利用して、希土類錯化を行い、リン光材料の創出を行う。また新たな研究シーズとして、片側にアザジピリン、片側にジケトピロロピロール由来のラクタム部位を有する分子の合成にも成功していることから、これを用いて、配位結合および水素結合の両方を用いた超分子ポリマーの形成について、検討を行う。またピロロピロールアザBODIPY二量体研究から発展させて、さらなる多量体、特にシクロパラフェニレン合成に倣い、環状のピロロピロールアザBODIPY多量体の合成に挑戦する。これは環状かつキラルに色素分子を配置することで、優れた円偏光発光特性が期待できるためである。
TTF縮環フタロシアニンおよびサブフタロシアニンに関しては、当初目的であったナノ分子ワイヤの創出には成功しているので、今後はこれらの酸化還元による伝導特性変化について、STM-ブレイクジャンクション測定により、明らかにしていく。またマイクロ波過渡伝導度測定では集合体の伝導特性の評価が可能であるので、併せて行い、二つの測定により得られる結果について検討を行う。
平成28年度は研究計画最終年度であるので、これまでの領域内共同研究で見出した研究シーズも併せて、包括的に研究を進め、魅力的な分子および分子系を数多く報告すると共に、元素ブロックとしての大きな可能性を示したい。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National Taiwan University(台湾)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      National Taiwan University
  • [雑誌論文] Cyclophanes Containing Bowl-Shaped Aromatic Chromophores: Three Isomers of anti-[2.2](1,4)Subphthalocyaninophane2015

    • 著者名/発表者名
      Quan Liu, Soji Shimizu, Nagao Kobayashi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 54 ページ: 5187-5191

    • DOI

      10.1002/anie.201411510

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ring-fused porphyrins: extension of π-conjugation significantly affects the aromaticity and optical properties of the porphyrin π-systems and Lewis acidity of the central metal ions2015

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saegusa, Tomoya Ishizuka, Keiyu Komamura, Soji Shimizu, Hiroaki Kotani, Nagao Kobayashi, Takahiko Kojima
    • 雑誌名

      PCCP

      巻: 17 ページ: 15001-15011

    • DOI

      10.1039/C5CP01420D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Benzo[c,d]indole-containing aza-BODIPY -asymmetrization-induced solid-state emission and aggregation-induced emission enhancement as new properties of the well-known chromophore-2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu, Ai Murayama, Takuya Haruyama, Taku Iino, Shigeki Mori, Hiroyuki Furuta, Nagao Kobayashi
    • 雑誌名

      Chemistry -A European Journal

      巻: 21 ページ: 2893-2904

    • DOI

      10.1002/chem.201501464

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of a Tetrabenzotetraaza[8]circulene by a “Fold-In” Oxidative Fusion Reaction2015

    • 著者名/発表者名
      Fengkun Chen, Yong Seok Hong, Soji Shimizu, Dongho Kim, Takayuki Tanaka, Atsuhiro Osuka
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 54 ページ: 10639-10642

    • DOI

      10.1002/anie.201505124

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Core-modified phthalocyanines and subphthalocyanines: a synthetic strategy towards core-modification and novel properties arising from the inner ring-expansion2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu, Hiroyuki Furuta
    • 雑誌名

      Macroheterocycles

      巻: 8 ページ: 332-342

    • DOI

      10.6060/mhc151102s

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] TTF縮環サブフタロシアニンの合成及び酸化還元特性2016

    • 著者名/発表者名
      内原岬哉、古田弘幸、清水宗治
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      同志社、京田辺
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] 内部縮環N-混乱ポルフィリンの合成と物性2016

    • 著者名/発表者名
      橘俊宏、石田真敏、戸叶基樹、清水宗治、古田弘幸
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      同志社、京田辺
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] N-混乱ポルフィリン-アザ-BODIPY複合体の合成及び物性2016

    • 著者名/発表者名
      福田雅弥、清水宗治、古田弘幸
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      同志社、京田辺
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] ピロロピロール-アザ-ジピリン金属錯体の合成及び物性2016

    • 著者名/発表者名
      唐﨑秀朗、古田弘幸、清水宗治
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      同志社、京田辺
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] Synthesis of Novel Dimeric aza-BODIPY Analogues from Lactams and Their Intriguing Optical and Electrochemical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu, Hideaki Karasaki, Yuto Kage, Hiroyuki Furuta
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (ICCEOCA-10)
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2015-11-02 – 2015-11-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis and Properties of Pyrrolopyrrole aza-BODIPY Toward Near-Infrared Absorption and Fluorescence2015

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Karasaki, Hiroyuki Furuta, Soji Shimizu
    • 学会等名
      The 5th Junior International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-10-31 – 2015-11-01
    • 国際学会
  • [学会発表] ラクタム分子を用いた新規アザBODIPYの合成とその物性解明2015

    • 著者名/発表者名
      清水宗治
    • 学会等名
      新学術領域研究「元素ブロック」 発光材料分科会
    • 発表場所
      大阪市立工業研究所、大阪市
    • 年月日
      2015-09-29
  • [学会発表] ピロロピロール-アザ-BODIPY二量体の合成・物性2015

    • 著者名/発表者名
      鹿毛悠冬、清水宗治、森重樹、古田弘幸
    • 学会等名
      第26回基礎有機化学会討論会
    • 発表場所
      愛媛大学、松山
    • 年月日
      2015-09-24 – 2015-09-26
  • [学会発表] TTF縮環ケイ素フタロシアニン多量体の酸化還元による積層構造制御2015

    • 著者名/発表者名
      椎名祐太、清水宗治、古田弘幸、小林長夫
    • 学会等名
      第26回基礎有機化学会討論会
    • 発表場所
      愛媛大学、松山
    • 年月日
      2015-09-24 – 2015-09-26
  • [学会発表] ピロロピロール-アザ-BODIPY二量体の合成・物性2015

    • 著者名/発表者名
      鹿毛悠冬、清水宗治、森重樹、古田弘幸
    • 学会等名
      有機合成化学協会九州山口支部 第27回若手研究者のためのセミナー
    • 発表場所
      九州大学、福岡
    • 年月日
      2015-08-29
  • [学会発表] Synthesis of Novel aza-BODIPY Analogues from Lactams and Their Intriguing Optical and Electrochemical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu
    • 学会等名
      I SYMPOSIUM ON AROMATIC COMPOUNDS
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Novel aza-BODIPY Analogues from a Schiff Base Formation Reaction of Lactams and Their Unique Optical and Electrochemical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu, Taku Iino, Ai Murayama, Masamichi Tamada, Hideaki Karasaki, Nagao Kobayashi, and Hiroyuki Furuta
    • 学会等名
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-16)
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-06 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Properties of Pyrrolopyrrole-Aza-BODIPY Dimer2015

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kage, Taku Iino, Soji Shimizu, Shigeki Mori, Hiroyuki Furuta
    • 学会等名
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] ピロロピロール -アザ-BODIPY二量体の合成・物性2015

    • 著者名/発表者名
      鹿毛悠冬、清水宗治、森重樹、古田弘幸
    • 学会等名
      日本化学会九州支部設立100周年記念国際シンポジウム ・第52回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州
    • 年月日
      2015-06-27
  • [学会発表] 近赤外吸収・発光を指向したピロロピロール-アザ-BODIPY類縁体の合成2015

    • 著者名/発表者名
      唐﨑秀朗、清水宗治、古田弘幸
    • 学会等名
      日本化学会九州支部設立100周年記念国際シンポジウム ・第52回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州
    • 年月日
      2015-06-27
  • [学会発表] TTF-annulated Silicon Phthalocyanine and Redox Control of Molecular Alignment of Its -Oxo Oligomers2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu, Yuta Shiina, Hiroyuki Furuta, Nagao Kobayashi
    • 学会等名
      5th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry
    • 発表場所
      Parry Sound, Ontario, Canada
    • 年月日
      2015-05-19 – 2015-05-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TTFの酸化還元を利用したケイ素フタロシアニン多量体の分子配列制御2015

    • 著者名/発表者名
      椎名祐太、清水宗治、小林長夫、古田弘幸
    • 学会等名
      第25回記念万有福岡シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学、福岡
    • 年月日
      2015-05-16
  • [図書] Recent advances in the chemistry of phthalocyanine as functional chromophores in Chemical Science of pi-Electron Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Soji Shimizu, Nagao Kobayashi/ Eds. T. Akasaka, A. Osuka, S. Fukuzumi, H. Kandori
    • 総ページ数
      777
    • 出版者
      Springer
  • [備考] 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://www.cstf.kyushu-u.ac.jp/~furutalab/

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-03-01  

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