2023 Fiscal Year Annual Research Report
Active control of supramolecular polymerization by using field-effect catalysis
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22K20531
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
渡邊 雄一郎 京都大学, 工学研究科, 助教 (40872164)
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2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 超分子ポリマー / 電界効果 / 自己集合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超分子ポリマーは、モノマー分子が非共有結合を介して連結した分子集合体である。共有結合性の一般的なポリマーとは異なる物性・機能を有するため、様々な応用研究が展開されている。分子の自己集合は、分子レベルよりも大きな階層で物質創成をするための基本原理として期待されているが、有機合成化学のように機能ある構造を自在に合成できるレベルには未だ達していない。そこで本研究では、分子の自己集合を外部電場によって能動的に制御することを考えた。
モノマー分子の主骨格には、平面かつ剛直なパイ共役系を選択した。分子集合体の形成を行う目的で、分子側鎖には分子間水素結合部位としてアミド基を導入した。分子外縁部にはイオン性部位を導入し、電場への応答性を付与した。並行して、合成したモノマー分子に外部電場を印加する装置系を構築した。真空蒸着装置を用いて任意の電極を作製できるようにした。
溶媒に溶解したモノマー分子を電極上に滴下し直流電圧を印加しながらその場観察を行なった。クロノアンペロメトリー測定の結果、電場印加によって電流が流れることを確認した。これは、イオン性分子が電気泳動によって対向電極へ移動していることを示唆する結果である。また、直流電圧を印加しながら溶媒を揮発させて分子を固定化した。固定化した試料を偏向顕微鏡で観察した結果、陰極近傍に複屈折が観測された。これは、カチオン性分子が集合し電極近傍で核形成したためであると考察した。
以上の成果は、電場中の超分子重合法を確立するための足掛かりとなる重要な知見である。また、自身の研究システムを立ち上げる貴重な期間となった。今後、得られた集合体の内部構造を明らかにし、電場に応答する分子の設計にフィードバックをかけることで、核形成からより大きなスケールの制御へと研究展開を試みる。
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