水素結合からなる超分子マルチポルフィリンアレイの構築と光機能

由氢键组成的超分子多卟啉阵列的构建和光学功能

基本信息

批准号：
01J06156
负责人：
山口達也
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

私は、分子の間に働く相互作用を利用する「超分子化学」の手法で、ナノテクノロジーの有望素材であるフラーレンを充填した微細なチューブをつくることに成功した。新たなナノデバイスの材料としての応用やチューブ内フラーレンの重合によるフラーレンポリマーの生成といった展開が期待される。□カーボンナノチューブに代表される極めて微少なチューブ状物質の構築は、微細化に限界が見えつつあるシリコンベースの電子デバイスの代替材料や水素貯蔵材料などへの期待から関心を集めている。特に、カーボンナノチューブ内にフラーレンを充填した物質は、pea-pod(さやえんどう)とよばれ、全く新しい原理で作動するコンピューターのパーツとしての可能性が示唆されている。一方で、カーボンナノチューブは溶解性が極めて低いという欠点があり、十分な溶解性を有したフラーレン充填ナノチューブの構築はチャレンジングな課題となっている。相田らはこの課題に対し、フラーレンを取り込む性質を持つ分子を自発的に集合させるという手法で取り組んだ。この手法であれば、十分な溶解性を持つ分子を有機化学的に設計することで、できあがるナノチューブにも高い溶解性を与えることが可能となる。研究室の過去の研究で、生体関連分子である金属ポルフィリンの二量体がフラーレンを強く取り込むことを見出していた。この知見を元に、自発的な集合の駆動力として生物の中でも広く利用されている水素結合を用い、フラーレン充填ナノチューブの構築に成功した。構築したナノチューブは高い溶解性を持っており、材料への展開に関して大きなアドバンテージとなっている。□フラーレン充填ナノチューブ自身の材料への展開とは別に、チューブをフラーレンの極めて微少な反応容器として用いる展開も大変興味深い。フラーレンが重合したポリマーは導電性や磁性材料として大きな関心が持たれている。しかし、これまで報告されているポリマーはどのような構造になっているか不明な点が多く、当然ながら望みの構造のポリマーを手に入れることが困難であった。今回構築されたチューブ内で、光を当てるなどしてフラーレンの重合が実現できれば、極めて微少なフラーレンワイヤーが形成されることになる。しかも、適当な環境では外側のチューブは構成要素である分子に可逆的に解離させることができるため、内側のフラーレンワイヤーを取り出すことも可能と考えられる。

我成功地使用了一种使用“超分子化学”技术来创建充满富勒烯的细管，这是一种有希望的纳米技术材料，该技术利用了分子之间起作用的相互作用。预计它将用作新纳米版本的材料，并通过管中的富勒烯聚集来开发富勒烯聚合物。 □由于对基于硅的电子设备的替代材料的期望以及氢存储材料的期望，碳纳米管等极小的管状材料（例如碳纳米管）引起了人们的兴趣，这些材料开始看到微型化的限制。特别是，一种在碳纳米管中填充富勒烯的物质称为豌豆pod，这表明可能成为以全新原理运行的计算机的一部分。另一方面，碳纳米管具有极低的溶解度的缺点，并且具有足够溶解度的富勒烯填充纳米管是一个挑战性的挑战。 Aida及其同事通过自发地组装分子与掺入富勒烯的特性来解决这个问题。通过这种技术，通过具有足够溶解性的有机化学设计分子，可以对所得纳米管提供高溶解度。实验室的先前研究发现，一种与生物学相关的分子的金属卟啉二聚体强烈融合了富勒烯。基于这一发现，我们使用氢键成功地构建了富勒烯填充的纳米管，该氢键被广泛用于生物体，作为自发组装的驱动力。构造的纳米管具有很高的溶解度，在其开发成材料方面具有很大的优势。 □除了开发富勒烯填充的纳米管本身外，使用该管作为富勒烯的非常小的反应容器也非常有趣。用富勒烯制成的聚合物作为导电和磁性材料引起了极大的兴趣。但是，关于先前报道的聚合物的结构有许多未知数，当然很难获得具有所需结构的聚合物。如果这次构造的管子内的光线可以通过闪光灯来实现富勒烯聚合，则将形成极小的富勒烯电线。此外，在适当的环境中，外管可以与组成分子可逆地分解，因此可以认为可以去除内部富勒烯电线。