Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

導電性高分子 / バイポーラ電気化学 / 電解重合 / 電気泳動 / 高濃度電解液 / 微細構造プロセス / 高分子ファイバー / テンプレート合成

π共役高分子やレドックス活性高分子（以下、導電性高分子）はその電荷移動特性や光学的特性、電気化学特性などから有機エレクトロニクスやエネルギーデバイスへの利用が期待されている。優れた素材開発が急伸する一方で、それらのデバイス実装を目指す上での成型プロセス（製膜・微細構造）は発展しているとは言い難い。有機エレクトロニクスの実現に向けた導電性高分子を配線する技術やエネルギーデバイス用に高表面積微細構造を作製する技術は複雑な装置に依存する。これら制約から脱却するため、高分子材料合成と実装プロセスを結ぶ新しい方法論の提案と、既存の枠組みにとらわれない新しい学理の構築が必要となる。
本研究では、導電性高分子の合成とその効果的な成型プロセスまでを一貫して意識した新しい方法論の開発を目的とする。具体的にはモノマーの電解重合の際に、電場による電気泳動効果を利用して自在に製膜あるいは高密度成型する。具体的には、（１）モノマーの電気泳動効果を利用した高密度導電性高分子シリンダーの創出、ならびに（２）導電性高分子の薄膜状自発成長の方向制御、について取り組む。
本年度は、課題（１）については、イオン性モノマーのテンプレート電解重合に成功し、その微細構造の解析や電子移動特性評価を行った。課題（２）については、電解メディアとして高濃度電解液を用いてバイポーラ電解重合を実施し、ファイバー構造を得ることに成功した。さらに電気化学発光分析により、得られた導電性高分子ファイバーは従来法で作製したものよりも高い導電性を有していることが示唆された。

超分子化学 / カテナン / テンプレート合成 / ポルフィリン / シクロデキストリン / ロタキサン / 機能性共役分子 / 共役分子 / 金属サレン錯体 / サイクリックボルタンメトリー / 拡張π共役分子 / 電子移動速度 / ラダー型分子 / ポルフィリンチューブ / ラダー型ポルフィリン / 電荷輸送特性 / 電荷移動度 / 導電性高分子材料 / 集積型ポルフィリン / テンプレート分子 / 導電性高分子 / 有機半導体材料

本研究では、二つの環状Znポルフィリンダイマーと一つの環状Ruポルフィリンダイマーからなる[3]カテナンを合成し、Zn及びRuポルフィリンと窒素系配位子との配位結合を活用することで、環状分子の運動性に対する多状態制御の実現を目指した。その結果、環状Znポルフィリンダイマーの内部空孔に、二座配位子である1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を介してRuポルフィリン誘導体が貫通した構造を持つ[3]カテナン1の合成に成功した。得られた1は配位結合を介して、構成要素となる全ての環状分子同士が連結しており、環状分子の運動性が大きく制限されている。

[3]カテナン中における環状Znポルフィリンダイマーの独立した運動性が異なる三つの超分子構造のスイッチングを達成した。また、[3]カテナンの異なる超分子構造間での発光特性を比較したところ、超分子構造のスイッチングに付随して環状分子間の光誘起電子移動の効率が変化し、その結果、蛍光強度が調整可能であることを見出した。従って、[3]カテナン中のポルフィリンに対して配位点の数の異なる配位子を適切に錯化させることにより、環状分子の運動性の制御を伴う超分子構造のスイッチングが物性の制御にも繋がることを明らかにした。

バイポーラ電気化学 / 電解合成 / グリーンケミストリー / 電気泳動 / 導電性高分子 / 電解重合 / ナノ構造 / 電解フッ素化 / フロー電解合成 / テンプレート合成 / 環境調和型合成 / テンプレート重合 / 導電性ネットワーク / ポリチオフェン / 高分子薄膜 / レドックス化学

本研究課題では、グリーンケミストリーの発展に資するバイポーラ電気化学の挑戦として、「低電解質濃度条件」およびそれに起因する「イオン種の電気泳動」に基づくサステイナブル電解合成法を開発することを目的とした。バイポーラ電解法は原理的に低電解質濃度条件が望ましいため、電解フッ素化における電解質使用量を大幅に削減できることを見出した。また、イオン種の電気泳動が関与するバイポーラ電解重合法を用いて、導電性高分子ファイバー構造やテンプレート重合によるナノシリンダー構造などを作製することに成功した。所期の目的を十分に達成するとともに、当初予想していなかった新しい方向に研究を発展させることができた。

本研究は、バイポーラ電気化学の潜在的な特徴である低電解質濃度条件やイオン種の電気泳動に着目したものである。前者は従来の電解法の課題である電解質使用量の削減を達成するものであり、持続可能な開発目標の実現に資するグリーンな合成法の提案として意義深い。後者は導電性高分子材料開発における全く新しい視点であり、従来法では得られないナノ・マイクロ構造を簡便に得る手法として学術的に注目すべき手法であるとともに、得られる材料は高付加価値な機能材料として次世代のエレクトロニクス分野に貢献する可能性がある。