ルイス酸塩基錯形成を鍵とした含BNナノグラフェンの創製と有機半導体への応用開拓

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ホウ素-窒素(BN)ドープ化合物は，炭素類縁体とは異なる半導体特性や発光・吸収特性が付与されるため，グラフェンなどの炭素材料にドーピングユニットとして挿入し，新たな機能を付与するための貴重な分子足場となる．本研究では，高いルイス酸性を持つBN化合物を基に，グラフェンナノリボン分子(BN-GNR)および近赤外吸収材料を新たに設計・合成し，それらの物性調査を行った．BN-GNRの合成は，海外研究者との共同研究により実施した．反応を円滑に進行させるため，臭素原子を導入した前駆体分子を用い金基板上でポリマー化，脱水素縮合することで，新規BNドープGNR材料の開発に成功した．走査トンネル分光測定により，BN-GNRはバンドギャップ約1.7eVを有する半導体材料であることを明らかにした．得られた分子は原子間力顕微鏡(AFM)によって構造同定し，反応温度の上昇速度を制御することで，目的の構造が選択的に得られることを明らかにした．また，BNナノグラフェン開発する過程で，近赤外吸収材料の開発にも取り組んだ．研究代表者が見出したルイス塩基添加によるBN化合物のドナー性向上の原理を活かし，BNドープ化合物にアクセプター分子を導入した新規材料を設計した．その結果，ルイス塩基を添加することで，吸収波長が250 nm赤方偏移し，1200 nmまで吸収特性を示す新規材料を見出すことができた．本研究で開発されたBNドープ材料は，適切なバンドギャップを有するため，様々な有機エレクトロニクス分野への応用が期待できる．