構造・物性を多状態制御できる超分子錯体ナノファイバーの創製

研究目的

分子エレクトロニクスは次世代を支える研究分野であり、単一分子素子を志向した様々な導電性化合物の開発が進められてきた。一方、分子集合体である“超分子”を素子として活用できれば、その構造柔軟性に基づいて構造・機能を多状態にわたって制御できることや、次世代型分子素子に重要な「ゆらぎ」や「雑音」の要素を容易に導入できる可能性がある。本研究では、我々が開発した超分子錯体ナノファイバーを分子素子として開発することを目指し、外部刺激などに応答して超分子積層様式が異なった多状態を創出できる“カメレオン型超分子錯体ナノファイバー”を開発する。多状態間のスイッチングを介して電気伝導性を多状態制御することに加え、電極間にナノファイバーを配線化する技術を確立することにより、“カメレオン型超分子素子”へと展開することを目標とする。さらに、本領域内の先端的な研究者と共同研究を進めるとともに、本課題の推進を通じて分子アーキテクトニクスにおける超分子の有用性を実証することにより、次世代型分子素子に対するユニークな方法論を提案したい。

領域内での役割と必要性

当該領域には分子エレクトロニクスの専門家が結集しており、多彩な導電性分子の合成や様々な測定技術の開発が精力的に進められている。一方で、“超分子”を対象として扱うグループは少なく、標的分子としてもまだ広く普及していないと考えられるため、分子素子としての超分子のポテンシャルの検証が望まれる。そこで、本課題の遂行を通じて本分野における超分子素子のユニークさを示すことができれば、分子アーキテクトニクスにおける新規かつ有望な標的分子として超分子ナノファイバーを波及させることが期待できる。加えて申請者は、合成化学・錯体化学・超分子化学を基盤とした“超分子ものづくり”を専門としており、様々な有機分子や金属錯体、分子集合体を設計・合成できることから、当該領域における最新の測定・基板調製技術と恊働することで相乗的な研究推進が見込まれる。

研究内容

先に我々は、ナノリング配位子の内孔壁面に二つのパラジウムイオンを組み込んだナノリング二核錯体を合成し、これらが溶液中で自己積層することにより超分子パラジウム錯体ナノファイバーが形成されることを電子顕微鏡や原子間力顕微鏡測定などより明らかにした。加えて最近の予備的知見から、ナノリング二核白金錯体も同様に超分子白金錯体ナノファイバーを形成し、さらにナノファイバーを構成するナノリング錯体の積層様式が刺激などに応じて変化する可能性が示唆されている。これは、ナノリング錯体同士がπ–π相互作用などを介して積層しているか否かによる状態変化と考えられるが、この二状態では吸収スペクトルも顕著に異なることから、電気伝導性などの物性も変化することが予想される。そこで本研究では、超分子白金錯体ナノファイバーを基軸として、上述の二状態を含めたさらなる多状態の創出を図ることにより、様々な積層様式を実現することに加え、多状態を取り得る“カメレオン型超分子錯体ナノファイバー”を創製することを目標とする。また、構築したカメレオン型超分子錯体ナノファイバーについて、多状態間の構造を外部刺激や試薬添加によって可逆的にスイッチングすることを目指す。さらに、各状態における電気伝導性の測定を通じて、各状態の安定性やダイナミクスについても評価するとともに、単一のナノファイバーや数本が束になったバンドルファイバーの電気伝導性を評価することを目指す。

追加情報

研究課題番号：16H00956　　科研費データーベースはこちら
柔らかな金属ナノ電線の精密合成と構造・機能制御 (2014-2015 研究課題番号：26110504) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

メンバー

研究代表者：田代 省平（東京大学　大学院理学系研究科　准教授）