π共役ポリマーの一次構造と電荷輸送特性の真の相関解明に関する研究

阐明π共轭聚合物一级结构与电荷传输性质之间真实相关性的研究

基本信息

批准号：
21K05167
负责人：
脇岡正幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Sagami Chemical Research Institute (2022)Kyoto University (2021)
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

π共役ポリマーの電荷輸送特性は一次構造に強く依存するにも関わらず、一次構造を大きく変える構造欠陥(ホモカップリング欠陥)の影響は、ほとんど考慮されてこなかった。本研究では、ホモカップリング欠陥が電荷輸送特性に及ぼす影響と、一次構造と電荷輸送特性の真の相関を明らかにすることを目的に検討を進めている。初年度は、(1)高い電荷輸送特性を示す既知のポリマーのうち、ホモカップリング欠陥を多く含むものの選定とその合成、(2)(1)で選定したポリマーを構造制御合成する手法、(3)構造制御合成を可能とする新たな高選択的重合触媒の開発について検討した。２年目は、(1)(2)で合成したポリマーの特性評価、(3)の反応機構解析を行った。(1)(2)について、初年度には高移動度を示すことが知られているポリマーP1 (36%のホモカップリング欠陥を含む) とホモカップリング欠陥をほとんど含まない(<2%) ポリマーP1*が得られた。２年目ではこれらのポリマーのOTFT特性を比較した。その結果、欠陥を多く含むP1の方が最大で40倍程度高い正孔移動度を示すことがわかった。また、薄膜構造を調べたところ、P1の方が高い結晶性を示すことがわかった。正孔移動度における差は薄膜構造の違いを反映したものであり、また、ホモカップリング欠陥が結晶性の向上に寄与していることが示唆された。(3)について、初年度に開発した塩化アリールによる直接的アリール化用の高活性混合配位子触媒について、その作用機構を明らかにした。すなわち、配位子として使用したXPhosとP(2-MeOC6H4)3は、それぞれC-Cl結合活性化とC-H結合活性化に寄与し、それらの配位子が速やかに交換することにより反応が円滑に進行していることがわかった。

尽管π共轭聚合物的电荷传输特性很大程度上取决于其一级结构，但几乎没有考虑显着改变一级结构的结构缺陷（同偶联缺陷）的影响。在这项研究中，我们的目的是阐明同质耦合缺陷对电荷传输特性的影响以及一级结构和电荷传输特性之间的真正相关性。第一年，我们将（1）在已知聚合物中选择并合成具有高电荷传输特性的含有许多自偶联缺陷的聚合物；（2）对（3）中选择的聚合物进行结构控制合成的方法；开发新型高选择性聚合催化剂，实现结构控制合成。第二年，我们评估了（1）和（2）中合成的聚合物的性能，并分析了（3）中的反应机理。关于(1)和(2)，获得了已知在第一年表现出高迁移率(包含36%自偶联缺陷)并且几乎没有自偶联缺陷(<2%)的聚合物P1*。第二年，我们比较了这些聚合物的 OTFT 特性。结果表明，含有许多缺陷的 P1 的空穴迁移率高达 40 倍。此外，当检查薄膜结构时，发现P1表现出更高的结晶度。有人认为空穴迁移率的差异反映了薄膜结构的差异，并且自耦合缺陷有助于结晶度的提高。关于(3)，我们阐明了我们第一年开发的用于与芳基氯直接芳基化的高活性混合配体催化剂的作用机制。换句话说，发现用作配体的XPhos和P(2-MeOC 6 H 4 ) 3 分别有助于C-Cl键活化和C-H键活化，并且这些配体的快速交换促进了反应的进行。