2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of open-shell molecular materials with spin-luminescence correlated functions by assembling luminescent radicals
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20H02759
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
草本 哲郎 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 准教授 (90585192)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ラジカル / 発光 / スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の(a),(b)を実施した。
(a)三角形型発光性安定有機ラジカルの創出： ピリジル基を有する三角形型ラジカルtrisPyMを開発した。trisPyMは溶液中のみならず低温で結晶状態でも発光を示す極めて珍しいラジカルであることを明らかにした。trisPyMはこれまで合成されてきたピリジル含有発光ラジカルに比べ早い内部転換を示し、これが核モーメントに基づくことを理論的に示した。trisPyMは既報の発光ラジカルに比べ高い光安定性を示した。
(b)trisPyMと亜鉛イオンからなるハニカム格子結晶の創出： trisPyMとZn(hfac)2との錯形成反応により二次元ハニカム格子構造を有する開殻配位高分子trisZnを創製した。trisZnは低温で固体発光を示す極めて珍しい物質であることを明らかにした。
(c)磁場応答発光を示す新しいラジカル亜鉛錯体の開発：発光ラジカルPyBTMをドープした亜鉛錯体がドープ量や磁場に依存した発光挙動を示すことを明らかにした。ドープ量が低い（1wt%）試料では、固体中にて孤立しているラジカル配位亜鉛錯体からの発光が観測され、この発光は磁場に応答しなかった。一方、ドープ量が5, 10, 20wt%である試料は、モノマー的な発光帯に加えエキシマ―に帰属される発光帯を示し、さらに発光挙動が磁場に依存する（＝magnetoluminescence）ことを見出した。これらの結果は、本研究で開発する分子材料が、スピンと発光が相関した特異物性を生み出す候補物質であることを示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究推進の鍵となる三角形型ラジカルtrisPyMの合成に成功し、またtrisPyMからなる二次元格子物質を得ることができた。この物質が固体発光を示す稀有なラジカル配位高分子であることを見出した。またmagnetoluminescenceを示す新しい物質を開発することができた。これはスピンと発光機能が協奏した機能の開拓の礎となる重要な成果である。このように本研究はおおむね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度得た結果を基に、今後は以下を推進する。
(1)二次元ハニカムあるいはカゴメハニカム格子物質の創製
trisPyMと様々な金属イオンを組み合わせて新しい二次元格子物質の開発を進める。この系ではラジカル自身の機能や金属イオンの機能のみならず、ラジカルと金属イオンの電子相互作用に基づく新しい機能、また二次元構造に基づく異方的な物性の実現が期待できる。
(2)magnetoluminescenceの新物質開発とメカニズム解明
現状ではmagnetoluminescenceのメカニズムを提唱するに至っているものの解明には及んでいない。その理由の一つは、固体中において、「どのような距離・配置にあるラジカルがmagnetoluminsecenceを引き起こしているのか？」が自明ではない点にある。そこで今後は分子設計により二つのラジカル部位の距離・配置を様々に制御・固定したビラジカルを開発する。これらの分子がmagnetoluminescenceを示すかどうかを調査し、magnetoluminescenceの発現に必要な分子構造的知見を得ることを目指す。
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