電荷分離積層構造を形成する安定なカチオン性分子を開発ー積層様式の制御を通じた電荷キャリア輸送の新戦略を提案ー

【本研究のポイント】

• カチオン性π共役分子の秩序構造の制御が、エレクトロニクス材料を開発する上での新たな戦略となることを実証した。
• 非ベンゼノイド芳香族であるアズレンの組み込みと、硫黄原子による分子骨格の平面固定化が、カチオン性π共役分子の高度な安定化に重要であることを示した。
• アニオン種を適切に選択し、隣接するカチオン種との相対配置を固定することで、π骨格同士が大きく重なった電荷種分離型の積層構造の形成を実現した。
• 形成した積層体が高い電荷キャリア輸送特性を発現することを、時間分解マイクロ波分光と電気伝導度の測定により明らかにした。

分子工学専攻の関 修平 教授と名古屋大学大学院理学研究科の村井 征史 准教授とトランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM）・学際統合物質科学研究機構(IRCCS)の山口 茂弘 教授らの研究グループは、電荷種分離型の積層構造の形成を伴い、高い電荷キャリア輸送特性を発現するカチオン性π共役分子の開発に成功しました。

π共役化合物は秩序構造の形成により、特異な光学特性や電荷輸送特性を発現するため、エレクトロニクス材料をはじめ、様々な分野で応用されています。本研究では、非ベンゼノイド芳香族であるアズレンの導入と、硫黄架橋による平面固定化を組み合わせることで、正電荷を帯びたπ電子系を大きく安定化できること、そして対アニオンの選択により、それらを電荷種分離型に積層できることを見出しました。対アニオンに含まれるフッ素原子が、カチオン種の水素および硫黄原子と静電相互作用することが、この特異な積層構造を形成するための鍵でした。また、時間分解マイクロ波分光と電気伝導度の測定により、柱（カラム）状に積層したこのカチオン性分子を介し、高い電荷キャリア輸送特性が発現することを明らかにしました。本研究成果は、イオン性π共役化合物をエレクトロニクス材料として応用する上での、新たな戦略として期待されます。

本研究成果は、2024年8月2日（日本時間18時）付米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」オンライン版に掲載されました。

研究詳細

電荷分離積層構造を形成する安定なカチオン性分子を開発ー積層様式の制御を通じた電荷キャリア輸送の新戦略を提案ー

研究者情報

• 関　修平　京都大学教育研究活動データベース

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分子工学専攻