無機元素の導入によるπ電子系機能の制御と元素ハイブリッド材料への応用

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現在、有機光電子デバイスへの応用も含めて、π共役系材料が注目されているが、このデバイス中では、さまざまな機能を有する複数の材料が協奏的に働くために、材料間の電子状態のバランスや親和性を精密に調整する必要がある。また、高機能・多機能な分子を創製するためには、分子を構成するユニットの電子状態の制御が重要である。本研究では、13－15族の無機元素の導入によるπ電子系の精密機能制御の可能性を明らかにし、新たな分子設計の指針を提供する。特に、無機元素を導入したπ電子系ユニットのライブラリーの構築、無機元素による電子的・立体的影響の解明によるπ電子系機能の精密制御の解明、および、それらの高分子化・ハイブリッド化などによる新しいπ共役系材料開発指針の確立を目的としている。特に、2022年度は、無機元素としてホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、アンチモン、ビスマスに着目して研究を進めた。具体的には、無機元素の導入によるπ電子系の電子状態制御という本研究の目的を達成するため、チアゾール骨格をゲルマニウムで架橋した新しい骨格を構築し、各種の分析と分子軌道計算から、適度なドナー性を持つ骨格として、その電子状態を明らかにした。また、強い電子受容性の骨格との共重合によって高分子化も行い、溶解性・製膜性が良く、低いHOMOを持つドナー－アクセプター型の共役系高分子としての応用の可能性を見出した。さらに、分子修飾を施すことによって、ハロゲンイオンやアミンの選択的な蛍光センサーとしても利用を示した。また、アンチモンおよびビスマス置換基のπ電子系への置換基効果の検討、ホウ素－ビスマスの元素ハイブリッド分子の合成にも着手し、ほぼ合成法を確立することができた。これらの新規化合物の物性・機能に関しても検討を開始している。