新奇形態に基づく特性を発現する超分子ポリマーの創出

创造具有基于新颖形态的特性的超分子聚合物

基本信息

批准号：
18J12925
负责人：
大内隼人
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、ユニークな「形」の超分子ポリマーを創出し、非共有結合で形成される主鎖の形状に由来する特性・機能の発現を目的とする。昨年度は、水素結合部位を有するオルトターフェニレン誘導体を合成し、その自己集合挙動と発光特性を調査した。この分子は高極性溶媒中では芳香環の回転運動に起因する無輻射失活によって殆ど発光しない。この溶液に低極性溶媒を加えると、この分子はテープ状の水素結合超分子ポリマーを形成し、さらに集積することで緑色の凝集誘起発光を示す結晶性超分子集合体へと自己組織化することが明らかとなっている。本年度は、この誘導体が凝集誘起発光を示した原因の究明に努めた。分子構造が僅かに異なる参照分子を合成し、それらの自己組織化挙動および発光特性を調査した。それらの結果との比較により、昨年度合成したオルトターフェニレン誘導体が示す凝集誘起発光は、多様な分子間相互作用による協働的な超分子集合によって発現していることが明らかとなった。さらに、この結晶性超分子集合体は、フォトルミネッセンスだけでなく、エレクトロルミネッセンスにおいても有効であることが有機ELデバイスの作製によって示された。本年度は、ヘキサメチレン鎖とヘプタメチレン鎖をそれぞれ有する二つのジケトピロロピロール二量体の集積構造が有機薄膜太陽電池の性能に与える影響の調査にも着手した。これらの二量体は殆ど同じ光学特性を示すが、可溶性フラーレン誘導体と混合して作製した有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率は大きく異なり、ヘキサメチレン鎖を有する二量体はヘプタメチレン鎖を有する二量体の約二倍の値を示した。薄膜の原子間力顕微鏡観察や分子モデリングより、ヘキサメチレン鎖を有する二量体はその分子配座に基づきより密に凝集し、可溶性フラーレン誘導体との良好な相分離構造を形成することが明らかとなった。

这项研究旨在创造具有独特“形状”的超分子聚合物，并表达由非共价键形成的主链形状衍生的特性和功能。去年，我们合成了具有氢键位点的邻三苯撑衍生物，并研究了它们的自组装行为和发光性能。由于芳香环的旋转运动导致非辐射失活，该分子在高极性溶剂中几乎不发光。当向该溶液中添加低极性溶剂时，分子形成带状氢键超分子聚合物，该聚合物进一步聚集并自组装成结晶超分子组装体，表现出绿色聚集诱导发光。今年，我们致力于研究这种衍生物表现出聚集诱导发光的原因。我们合成了分子结构略有不同的参考分子，并研究了它们的自组装行为和发光特性。与这些结果的比较表明，去年合成的邻三苯撑衍生物所表现出的聚集诱导发光是由于各种分子间相互作用而通过协同超分子组装产生的。此外，有机EL器件的制造表明，这种晶体超分子组装体不仅在光致发光方面有效，而且在电致发光方面也有效。今年，我们还开始研究两种二酮吡咯并吡咯二聚体（各自具有六亚甲基链和七亚甲基链）的集成结构对有机薄膜太阳能电池性能的影响。尽管这些二聚体表现出几乎相同的光学性质，但将它们与可溶性富勒烯衍生物混合制备的有机薄膜太阳能电池的能量转换效率存在显着差异，并且具有六亚甲基链的二聚体与具有七亚甲基链的二聚体的能量转换效率值不同。大约是水银的两倍。薄膜的原子力显微镜和分子模型表明，具有六亚甲基链的二聚体根据其分子构象聚集得更紧密，并与可溶性富勒烯衍生物形成良好的相分离结构。