山子茂 化学研究所教授、梶弘典 同教授らの研究グループは、炭素原子と水素原子6つずつが互いに結合し、正六角形を成した「ベンゼン環」をリング状につなげた「炭素ナノリング」の大量合成に成功しました。また、この「炭素ナノリング」の薄膜が、スムーズに電子を流す性質を持つことも発見しました。現在、有機半導体材料を用いた太陽電池である有機薄膜太陽電池などでは、電子を受け取る化合物にフラーレン誘導体が用いられていますが、今回合成した「炭素ナノリング」は同じくらい電子を流すため、有機ナノエレクトロニクスの材料として有望だと考えられます。
本研究成果は、2017年11月29日に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」オンライン速報版に公開されました。
研究者からのコメント
山子教授
今回の合成法はこれまでになく大量の「炭素ナノリング」を作れるため、材料科学分野での波及効果が高い物质供给法です。さらに、様々な诱导体の合成も行える汎用性の高い方法であるため、分子设计に基づく物性制御や机能向上が可能になると期待されます。本研究により、「炭素ナノリング」を材料科学へと展开する突破口が开けました。今后、デバイス作製と评価によって得られた知见を、「炭素ナノリング」の分子设计にフィードバックしていくことにより、新しい有机电子材料の创製が可能になると期待されます。
概要
ベンゼン环をリング状につなげたシクロパラフェニレン（以下、颁笔笔）を代表とする「炭素ナノリング」は、カーボンナノチューブやフラーレンの最小构成単位であり、次世代の有机电子材料として兴味が集まっています。ここ数年で本研究グループをはじめとする世界中での活発な研究により、「炭素ナノリング」の化学合成やその物性解明が飞跃的に进んだこともあり、材料科学への展开には大きな期待が寄せられています。しかし、大量合成が困难なため有机デバイス材料として応用したとの报告はありませんでした。
本研究グループは、独自の合成手法を用いることで、市贩の试薬から比较的简便に10个のベンゼン环からなる颁笔笔とその诱导体（颁笔笔上の一部の水素原子を官能基で置换したもの）をグラム単位で合成することに成功しました。さらに、得られた化合物は有机溶媒によく溶けるため、これまで困难であった「炭素ナノリング」の非晶薄膜およびデバイス作製が初めて可能となりました。薄膜の性质を测定したところ、有机薄膜太阳电池の电子を受け取る化合物として用いられているフラーレン诱导体と同じくらい电子を流すことが明らかになりました。「炭素ナノリング」はフラーレン类に比べて自由な分子设计が可能という利点もあります。今回の结果は、有机ナノエレクトロニクス分野をはじめとする材料开発に大きな波及効果を与えると期待されます。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Eiichi Kayahara, Liansheng Sun, Hiroaki Onishi, Katsuaki Suzuki, Tatsuya Fukushima, Ayaka Sawada, Hironori Kaji, and Shigeru Yamago (2017). Gram-Scale Syntheses and Conductivities of [10]Cycloparaphenylene and Its Tetraalkoxy Derivatives. Journal of the American Chemical Society, 139(51), 18480-18483.
- 読売新聞（1月12日 17面）に掲載されました。
