高分子電解反応法による高分子薄膜の配向性やナノ構造の変換及び制御

利用聚合物电解反应法转换和控制聚合物薄膜的取向和纳米结构

基本信息

批准号：
19J23415
负责人：
栗岡智行
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、π共役高分子膜の電気化学的なポスト機能化法である高分子電解反応に着目し、π共役高分子膜の電子物性制御および高次構造制御の方法論の開発に挑戦する。昨年度までに、高効率高分子電解反応系の構築、および本手法における高分子構造学的に重要な知見を得た。これらを踏まえて、今年度は（1）含フルオレン骨格を有する交互共重合π共役高分子に対する高分子電解反応の検討、（2）高分子電解反応によるπ共役高分子膜の高次構造変化の追跡、という2つの課題を設定した。課題（1）では、昨年度開発した高効率高分子電解反応系の基質適用範囲の更なる拡大を目的に、フルオレン骨格を含む交互共重合π共役高分子の高分子電解反応を検討した。その結果、交互共重合体を構成する異種アリーレンユニットの化学構造や電子密度によって、異なる反応性を示すことを見出した。また、その反応メカニズムを密度汎関数理論計算より明らかにした。課題（2）では、ポリ(3-(2-エチルヘキシル)チオフェン)（P3EHT）膜の電解塩素化反応を行い、反応中の P3EHT 膜の高次構造変化を XRD 測定より追跡した。その結果、塩素化反応の進行に伴い、結晶性ドメイン数が徐々に減少する一方で、格子間隔や結晶性ドメインサイズの変化は生じなかった。以上の結果から、高分子電解反応により、高分子膜が有する格子間隔や結晶性ドメインのサイズを変化させることなく、高分子膜の結晶性を制御可能であることを見出した。以上本研究課題では、π共役高分子膜の電子物性制御や高次構造制御を達成するための反応系の構築を達成した。また、当初予想していなかった発見にも恵まれ、新たな研究展開へとつながる成果を得ることができた。

在本研究项目中，我们将重点研究聚合物电解反应，这是一种π共轭聚合物膜的电化学后功能化方法，并尝试开发控制π共轭聚合物膜的电子性能和高阶结构的方法。。到去年，我们已经构建了高效的聚合物电解反应系统，并利用该方法获得了有关聚合物结构的重要知识。基于这些发现，今年我们将（1）研究具有含芴骨架的交替共聚π共轭聚合物的聚合物电解反应，以及（2）研究由于聚合物电解反应引起的π共轭聚合物膜的高阶结构变化我们设定了两个挑战：跟踪。在作业（1）中，我们研究了含有芴骨架的交替共聚π共轭聚合物的聚合物电解反应，旨在进一步扩大去年开发的高效聚合物电解反应体系的底物应用范围。结果，他们发现交替共聚物表现出不同的反应性，具体取决于不同亚芳基单元的化学结构和电子密度。此外，通过密度泛函理论计算阐明了反应机理。在任务（2）中，我们对聚（3-（2-乙基己基）噻吩）（P3EHT）膜进行了电解氯化反应，并使用 XRD 测量跟踪了反应过程中 P3EHT 膜的构象变化。结果，随着氯化反应的进行，晶域的数量逐渐减少，但晶格间距或晶域尺寸没有发生变化。从以上结果，我们发现聚合物膜的结晶度可以通过聚合物电解反应来控制，而不改变聚合物膜的晶格间距或结晶域的尺寸。在这个研究项目中，我们成功构建了一个反应体系来控制π共轭聚合物薄膜的电子性质和高阶结构。我们也很幸运地得到了我们一开始没有预料到的发现，并且能够获得导致新研究进展的结果。