【研究領域課題番号】19K22179 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

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

【研究成果の概要】

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。

【研究の社会的意義】

[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。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究領域課題番号】19H02696 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子配線 / 分子回路 / ロタキサン / 分子ワイヤ / 分子エレクトロニクス / ポルフィリン環状分子 / [3]カテナン / 超分子構造スイッチング / ポルフィリン / カテナン / 分子デバイス / 機能性共役分子 / シクロデキストリン / 電荷移動度 / １分子センサ / １分子伝導度測定 / 導電性高分子 / 有機半導体材料 / 燐光発光 / 高分子センサ材料 / 機能性高分子材料 / 機能性分子ワイヤ / 解重合 / 一酸化炭素 / 分子センサ

【研究成果の概要】

ルテニウムと白金錯体を有するバイメタロ型分子ワイヤを合成し，2つの閾値を有しシグモイド型の生体応答性を示す被覆型分子センサ材料の合成にも成功した。また，STM-BJ法を用い，被覆型共役分子の単分子伝導度測定にも成功した。また，精密な１分子伝導測定については，ブレークジャンクション法により電極を可動させ，力学によるスピロピラン分子の構造異性化による電気伝導性のスイッチに成功した。さらに，１分子センサについては，シクロデキストリンを分子認識部位として有する１分子センサを作製し，リアルタイム伝導度測定により4つのアミノ酸とそれらのエナンチオマーを，数μ秒以内に区別することに成功した。

【研究の社会的意義】

本研究ではビルドアップ型の分子配線法を新たに考案することで，同一骨格からなる分子の長距離配線のみならず様々な機能分子が導入された分子回路の作製が可能となるのが特徴である．また，本手法は従来の架橋法と異なり，被覆効果により複数の共役分子による高密度・並列配線が可能となり，高い信号強度の伝導特性と高い分子配線の再現性が期待される．さらに，被覆効 果により，共役鎖内での電荷移動のみが起こり，高い伝導特性が得られるとともに，共役分 子の並列配線において問題となるπ-π相互作用による凝集や共役鎖の熱ゆらぎが抑制され，nmスケールの分子架橋でも高いS/N比を実現可能となる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】有機化学

【研究領域課題番号】26620029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シクロデキストリン / 分子ワイヤ / 導電性高分子 / メタロワイヤ / ホストゲスト / 分子配線 / 分子エレクトロニクス / ナノデバイス / バイメタロポリマー / 燐光発光 / 量子収率 / 電荷移動度 / ポルフィリン / 積層型ポリマー / 分子チューブ / 機能性共役分子 / ロタキサン

【研究成果の概要】

本研究では共役分子ワイヤの電荷移動度の向上を目指し, 複数の共役鎖が束ねられた構造を持つ二次元共役シート状ポリマーの合成を目的として, まずその基本構造である「日」の字型分子の精密合成を検討した。環化反応における種々の条件検討の結果, 目的分子ではなくデヒドロベンゾ[20]アヌレン構造を持つ分子の生成が 1H NMR 測定により示唆された。この知見を基に, 新規デヒドロベンゾ[20]アヌレン誘導体の合成に成功した, それらの物性測定を行った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】機能材料・デバイス

【研究領域課題番号】16655077 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

太陽電池 / 光充電 / 太陽光発電 / エネルギー変換 / 導電性高分子 / ポルフィリン / 二次電池 / 色素増感 / 酸化チタン / ポリピロール

【研究成果の概要】

太陽電池の利用拡大は重要な課題である。最近、低コスト高性能太陽電池として「色素増感太陽電池」が発表され、次世代太陽電池として期待されるようになった。色素増感太陽電池は、多孔性酸化チタンの表面に吸着した色素からの高効率光誘起電子移動と、電解質中の酸化還元とを組合せたものであり、形状自由度の高さやカラフルな太陽電池作成も可能なことから、高付加価値太陽電池としても期待されている。しかしながら、太陽電池には本質的に光強度に依存する出力変動があり、色素増感太陽電池ではその変動が大きいことが指摘されている。このため、実際の使用形態として二次電池との組み合わせが必要である。われわれは、湿式太陽電池の一つである色素増感太陽電池の主要な過程が光エネルギーの化学エネルギーへの変換反応であるという特徴を活かせば、太陽電池そのものに二次電池の機能(エネルギー貯蔵機能)を付与することもできると考えた。本研究では、この考えを実現する目的で、充放電が可能な光エネルギー貯蔵型色素増感太陽電池を開発した。
最終年度である今年度は、光エネルギー貯蔵型色素増感太陽電池に用いる電荷蓄積電極の大容量化を研究した。電荷蓄積電極には、酸化チタンの伝導帯とのエネルギー順位の関係から導電性高分子のポリピロールを検討した。また、基板にはステンレスメッシュならびにチタンメッシュを用いた。さらに、ナフィオンのコーティングについても検討した。その結果これまでよりはるかに高性能の光充電セルを実現することができた。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)