グラフェンナノリボンの構造的特徴を活かした有機強誘電体の開発

利用石墨烯纳米带结构特性开发有机铁电材料

基本信息

批准号：
21K05038
负责人：
信末俊平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は、ジグザグ端をもち非対称に両端を修飾したグラフェンナノリボン（GNR）を合成する手法を確立させ、その手法を用いて種々のGNRを合成し、強誘電性を始めとする機能性材料として利用することを目的とした研究である。GNRの合成法としては、主に金属表面上での合成が主になされてきたが、溶液合成によるGNRの創出は、その幅や部分構造を緻密に制御できる大きな利点があり、材料化学としてGNRの化学を発展させるためには、溶液合成を中心とした研究が求められる。通常、GNRの合成としては、モノマー分子をポリマー化反応によって高分子前駆体とし、酸化剤を用いた脱水素環化反応によりGNRを得る方法が一般的に用いられる。しかし、酸化的な脱水素反応では、反応の過程でしばしば構造転移を起こすことが問題となっている。特に我々が提唱する非対称修飾を見据えた独自のZ型分子を用いた場合、高分子前駆体の分子骨格がフレキシブルであるため、酸化剤による一般的な脱水素反応では期待したGNRが得られなかった。そこで、パラジウム触媒を用いた炭素-炭素結合形成反応と酸化的な脱水素化反応を組み合わせることにより、目的とする非対称構造をもつGNRの合成を達成した。この手法と新たな手法を用い、電子的に非対称な置換基を有する種々のGNRの合成に成功した。その物性測定から、非対称性に起因する分極の大きさ、電子状態と物性に関する知見が得られた。さらには研究提案の最終目的として掲げている、新たな機構に基づく強誘電性が発現することを予備的な測定ながら確認することができた。今後、その機構に関するさらなる証拠を集め、新たな学理の構築を目指す。

该研究项目的目的是建立一种合成具有锯齿形末端和不对称修饰末端的石墨烯纳米带（GNR）的方法，并利用该方法合成各种GNR以创建铁电性等功能材料。它作为一种工具。合成 GNR 的主要方法是在金属表面上合成它们，但通过溶液合成制备 GNR 具有可以精确控制其宽度和部分结构的巨大优势。需要合成。一般而言，GNR的合成方法是通过聚合反应将单体分子制成聚合物前驱体，并通过氧化剂进行脱氢环化反应得到GNR。然而，氧化脱氢反应的一个问题是反应过程中经常发生结构转变。特别是，当使用我们提出的独特的Z型分子进行不对称修饰时，由于聚合物前体的分子骨架是柔性的，因此无法通过使用氧化剂的一般脱氢反应获得预期的GNR。因此，通过将钯催化的碳-碳键形成反应与氧化脱氢反应相结合，我们实现了具有所需不对称结构的GNR的合成。利用该方法和一种新方法，我们成功合成了各种具有电子不对称取代基的GNR。通过对其物理特性的测量，我们了解了由不对称性、电子态和物理特性引起的极化强度。此外，通过初步测量，我们能够确认开发出基于新机制的铁电性，这是该研究计划的最终目标。未来，我们将收集有关该机制的进一步证据，旨在构建新的理论。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Bridging pico-to-nanonewtons with a ratiometric force probe for monitoring nanoscale polymer physics before damage

使用比例力探针桥接皮牛顿和纳米牛顿，用于在损坏之前监测纳米级聚合物物理

DOI：
10.1038/s41467-022-27972-y
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
16.6
作者：
Kotani Ryota;Yokoyama Soichi;Nobusue Shunpei;Yamaguchi Shigehiro;Osuka Atsuhiro;Yabu Hiroshi;Saito Shohei
通讯作者：
Saito Shohei

Manifold dynamic non-covalent interactions for steering molecular assembly and cyclization

用于引导分子组装和环化的流形动态非共价相互作用

DOI：
10.1039/d1sc03733a
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
8.4
作者：
Shaotang Song; Hiroshi Sakaguchi; et al.
通讯作者：
et al.

Manifold dynamic non-covalent interactions for steering molecular assembly and cyclization

用于引导分子组装和环化的流形动态非共价相互作用

DOI：
10.1039/d1sc03733a
发表时间：
2021-06-18
期刊：
Chemical Science
影响因子：
8.4
作者：
Shaotang Song;Lulu Wang;Jie Su;Zhen Xu;Chia;C. Hua;Pin Lyu;Jing Li;Xinnan Peng
通讯作者：
Xinnan Peng

Bridging pico-to-nanonewtons with a ratiometric force probe for monitoring nanoscale polymer physics before damage

使用比例力探针桥接皮牛顿和纳米牛顿，用于在损坏之前监测纳米级聚合物物理