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，申请人独立开发了一种方法，该方法使用“三叶螺旋桨型分子（三脚架型三倍型）”，该方法强烈诱导组装成二维蜂窝结构，作为二维嵌套蜂窝结构，作为二维超分子的二维型超分子，并通过精确地整合了各种函数型组成的成群，将其构成型成组构成型组合，并将其构成型成群的构成效应者，并将其构成官能范围的效应者效应者构成效应者界面序列效应者，一个“二维蜂窝 +一维层压板”结构或大量晶体和聚合物组件，以开发一组具有多种维度和功能的材料。单型有机薄膜的开发：一种合成一种新型衍生物的方法，其中开发了一侧可吸附的官能团到另一侧的固体表面和各个官能团或官能团的方法。这已经建立了一个技术基础，用于构建自组装单层（SAM），其中官能团在固体表面上以常规，高密度和高方向的形式二维整合。作为一个特定的例子，当制造具有表面有选择性介绍的氰基和硫醇基团的衍生物，在该衍生物中，在金表面上完全垂直定位了Cyano组（111）（111），并发现定期布置的SAM显着提高了金（111）的功能（111），这是由于CN组的两维整合而引起的，该功能与大型二极管相结合。还发现，三脚架型三脚架的定向多层膜有选择地引入了表现出Huisgen Cycloadition反应的两种类型的官能团，并通过保持“ 2D+1D”的结构规律性来进行加热，从而使薄膜具有较高的薄膜结构和化学稳定性。自组装聚合物的开发：我们发现，主链骨架中的三脚架形丁二烯的聚合物通过色氨酸位点的二维组装在长周期层状结构中自组装中。还已经揭示了这种独特的结构可极大地提高聚合物的粘弹性，并提出了一种提出通用聚合物物理特性的新方法。除上述内容外，我们还成功地开发了一种新的分子基序，该基序显示二维组装和一种分析纳米薄膜表面结构的新方法。