２次元有機構造体の精密設計と機能開拓

二维有机结构的精确设计和功能开发

基本信息

批准号：
21H04690
负责人：
福島孝典
金额：
$ 27.21万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、申請者らが独自に開発した、2次元入れ子状ハニカム構造への集合化を強力に誘起する「三枚羽プロペラ型分子（三脚型トリプチセン）」を2次元超分子足場として利用するアプローチにより、種々の官能基や機能団を、固体表面上の単分子膜、「2次元ハニカム+1次元積層」構造を特徴とする多層膜、あるいは、バルクな結晶や高分子集合体などの形態へと精密に集積化することで、多様な次元性と機能を有する物質群の開発に取り組んだ。単・多層有機薄膜の開発：三脚型トリプチセンに対して、一方の面に固体表面への吸着性官能基、その反対側に種々の官能基または機能団を面選択的に導入した新規誘導体の合成法を開発した。これにより、官能基が固体表面上で規則的かつ高密度・高配向で２次元集積化した自己組織化単分子膜（SAM）を構築するための技術基盤を確立した。具体例として、シアノ基とチオール基を面選択的に導入した誘導体により、金(111)表面上でシアノ基が完全垂直配向して規則的に並んだSAMを作製したところ、大きな双極子をもつCN基の２次元集積化により金(111)基板の仕事関数が顕著に増大することを見いだした。また、Huisgen付加環化反応を示す２種類の官能基を面選択的に導入した三脚型トリプチセンの配向多層膜は、加熱により「2次元+1次元」の構造規則性を保持したまま重合反応が進行し、構造規則性と化学安定性が高い薄膜を与えることを見いだした。自己集合性高分子の開発：三脚型トリプチセンを主鎖骨格に有する高分子が、トリプチセン部位の２次元集合化により長周期のラメラ構造へと自己集合することを見いだした。この特異な構造化により高分子の粘弾性が飛躍的に向上することも明らかにし、汎用高分子の物性改善の新手法を提示した。上記に加え、２次元集合化を示す新たな分子モチーフの開発や、ナノ薄膜の新しい表面構造解析手法の開発に成功した。

在这项研究中，我们将使用申请人独立开发的“三叶螺旋桨形分子（三脚型三蝶烯）”作为二维分子，该分子强烈诱导聚集成二维嵌套蜂窝结构。根据方法的不同，可以形成各种官能团和超分子支架。通过将它们精确地集成到固体表面上的单分子薄膜、具有“2D蜂窝+1D堆叠”结构的多层薄膜、或块状晶体或聚合物聚集体等形式，我们致力于开发一组具有多种特性的材料。尺寸和功能。单层和多层有机薄膜的开发：开发了三脚三蝶烯新衍生物的合成，其中在一侧引入吸附于固体表面的官能团，在另一侧引入各种官能团或面选择性官能团。法律。因此，我们为构建自组装单分子层（SAM）奠定了技术基础，其中官能团在固体表面上以高密度和定向规律地二维集成。作为一个具体的例子，我们使用面选择性引入氰基和硫醇基团的衍生物制造了一个 SAM，其中氰基基团完全垂直排列并规则排列在金（111）表面上，我们发现它具有我们发现金（111）基底的功函数通过CN基团的二维整合而显着增加。另外，表面选择性地引入了两种表现出Huisgen环加成反应的官能团的三蝶烯的三脚架型取向多层膜在加热时在保持“2D+1D”结构规则性的同时发生聚合反应。发现该过程不断进展并产生具有高结构规律性和化学稳定性的薄膜。自组装聚合物的开发：我们发现主链骨架上含有三脚三蝶烯的聚合物通过三蝶烯部分的二维聚集而自组装成长周期层状结构。研究还表明，这种独特的结构极大地提高了聚合物的粘弹性，并提出了一种改善通用聚合物物理性能的新方法。除此之外，我们还成功开发了一种表现出二维聚集的新分子基序以及一种分析纳米薄膜表面结构的新方法。