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2019 Fiscal Year Research-status Report

Exploration of structural diversity in pi-electron-hydrogen-coupled organic conductors

Research Project

Project/Area Number 19K05397
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

上田 顕  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (20589585)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords有機伝導体 / 水素結合 / Mott絶縁体 / 化学修飾
Outline of Annual Research Achievements

π電子-水素連動型有機伝導体の構造多様性の探索、機能開拓を目指して、本年度は主に、対アニオンの置換・変更の観点から物質開発に取り組んだ。その結果、PF6イオンを対アニオンとする新規類縁体の合成、結晶化に成功し、その結晶構造、電気伝導性を明らかにすることができた。
室温下における結晶構造解析の結果、この物質は、以前申請者が合成したClO4塩とは異なる分子配列様式を有していることが分かった。これらの物質においてはいずれも、電子ドナー分子と対アニオン間に水素結合が形成されているが、四面体型のClO4イオンから八面体型のPF6イオンに置換することで、水素結合パターンが変化し、その結果、ドナー分子の配列様式が変化したと考えることができる。すなわち、これらの物質の結晶構造は分子間の水素結合に大きく影響を受けていることが分かった。
この新規物質の分子配列様式は、κ型と呼ばれるものであり、Mott転移や超伝導転移、量子スピン液体の観点で非常に興味深い。得られた単結晶を用いて電気抵抗率の温度依存性を調べたところ、測定温度領域(室温~100 K)では半導体的なふるまいが観測され、Mott絶縁体であることが示唆された。この結果は、室温下における結晶構造を基にしたバンド計算結果と矛盾していない。今後は磁化率測定を行い、極低温までの磁気的挙動を調べ、基底状態を明らかにするとともに、水素結合とπ電子の連動性について考察する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新規物質の開発に成功し、その結晶構造ならびに電気抵抗測定により、本研究の目的である構造多様性や電子機能に関する知見を得ることができたから

Strategy for Future Research Activity

上述したように、今年度合成に成功した新規物質の詳細な物性測定を行い、これまでの結果と総合して、水素結合とπ電子の連動性について考察する予定である。これと並行して、新たな類縁体の合成に取り組む。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの流行に伴い、予定していた学会出張が中止となったため、その分の旅費を翌年度に回すことを計画している

  • Research Products

    (13 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] A computational examination of the electric-field-induced proton transfer along the interface hydrogen bond between proton donating and accepting self-assembled monolayers2020

    • Author(s)
      Kanematsu Yusuke、Kato Hiroyuki S.、Yoshimoto Shinya、Ueda Akira、Yamamoto Susumu、Mori Hatsumi、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao、Tachikawa Masanori
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 741 Pages: 137091~137091

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2020.137091

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anhydrous Purely Organic Solid-State Proton Conductors: Effects of Molecular Dynamics on the Proton Conductivity of Imidazolium Hydrogen Dicarboxylates2020

    • Author(s)
      Sunairi Yoshiya、Dekura Shun、Ueda Akira、Ida Tomonori、Mizuno Motohiro、Mori Hatsumi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 89 Pages: 051008~051008

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.051008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure-induced hydrogen localization coupled to a semiconductor?insulator transition in a hydrogen-bonded molecular conductor2019

    • Author(s)
      Ueda Akira、Kishimoto Kouki、Isono Takayuki、Yamada Shota、Kamo Hiromichi、Kobayashi Kensuke、Kumai Reiji、Murakami Youichi、Gouchi Jun、Uwatoko Yoshiya、Nishio Yutaka、Mori Hatsumi
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 9 Pages: 18353~18358

    • DOI

      10.1039/c9ra02833a

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct Evidence of Interfacial Hydrogen Bonding in Proton-Electron Concerted 2D Organic Bilayer on Au Substrate2019

    • Author(s)
      Yamamoto Susumu、Kato Hiroyuki S.、Ueda Akira、Yoshimoto Shinya、Hirata Yasuyuki、Miyawaki Jun、Yamamoto Kohei、Harada Yoshihisa、Wadati Hiroki、Mori Hatsumi、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 17 Pages: 49~55

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2019.49

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of Novel Molecular Conductors with Hydrogen Dynamics2019

    • Author(s)
      Ueda Akira
    • Journal Title

      Molecular Science

      Volume: 13 Pages: A0103~A0103

    • DOI

      10.3175/molsci.13.A0103

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ホウ素架橋ビスTTF誘導体を基盤とした新規中性ラジカル伝導体の合成と構造、物性2020

    • Author(s)
      末棟 太朗 ・上田 顕
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] 水素ダイナミクスを有する新しい分子性導体の開発2019

    • Author(s)
      上田 顕
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
    • Invited
  • [Presentation] 新規チオフェン系オリゴマーの合成およびその電荷移動錯体の伝導度測定2019

    • Author(s)
      亀山 亮平,出倉 駿,上田 顕,森 初果
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
  • [Presentation] 水酸基を有するNiジチオレン錯体を用いた新規水素結合型分子性結晶の構造及び物性2019

    • Author(s)
      横森 創,上田 顕,出倉 駿,熊井 玲児,村上 洋一,森 初果
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
  • [Presentation] 水素結合型有機伝導体β’-[H3(Cat-EDO-TTF)2]A(A=BF4, ClO4)の圧力下電気抵抗測定2019

    • Author(s)
      菅井 祐太,上田 顕,吉田 順哉,横森 創,出倉 駿,郷地 順,上床 美也,浅井 晋一郎,益田 隆嗣,森 初果
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
  • [Presentation] Development of a new class of molecular conductors by using dynamic hydrogen bonds2019

    • Author(s)
      Akira Ueda
    • Organizer
      錯体化学会第69回討論会
    • Invited
  • [Remarks] research map

    • URL

      https://researchmap.jp/uedaakira

  • [Remarks] ORCID ID

    • URL

      https://orcid.org/0000-0002-9600-5409

URL: 

Published: 2021-01-27  

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