高分子化学、有機合成化学、超分子化学、錯体化学、ゲル、π共役系高分子、凝集誘起型発光

結晶の構造秩序に基づく精密高分子合成

研究背景

高分子化学が興ってから約100年が経ち、今や高分子材料は身の回りに溢れる欠かせない材料となっておりますが、原子や分子の組み合わせ、繰り返し構造、あるいは高次構造を考えると合成されていないもののほうが遥かに多いと言えます。当研究室では高分子を作る重合反応を行う前の状態に注目し、超分子化学や有機合成化学の知識を駆使してモノマーなどの配置を調整することで新しい高分子合成手法を確立し、得られた材料の機能開拓を行いたいと考えています。

原子・分子の精密配置に基づく新しい巨大分子合成法の開発と機能開拓

原子や分子をあらかじめ正確に配置あるいは配列した状態でつなぎ合わせることで、これまでの手法では得ることが難しかった鎖構造や網目構造が精密に制御された高分子を創り出す手法を開発しています。たとえば多孔性結晶である金属有機構造体(Metal-Organic Framework、MOF)の構成要素である有機配位子を結晶作製後に繋ぎ合わせることで網目構造を制御した三次元高分子を作ることができています。このようにつなぎ方を究めることで有機元素の特性を極限まで活用した全く新しい材料の創製を目指しています。

光励起状態のダイナミクス設計による有機分子の発光制御

分子集合することで発現する機能の制御の一環として発光特性に着目しています。有機分子を光励起したあとのダイナミクスは発光挙動に大きな影響を及ぼします。当研究室では凝集誘起型発光(Aggregation-Induced Emission、AIE)特性が励起状態における分子の大きな変形挙動に深く関連していることを有機合成化学と計算科学を駆使して見出し、その知見を基に新しいAIE分子を開発しています。励起状態におけるダイナミクスを設計することで新たな作動原理に基づく生命現象のプローブや物理変化のセンサーへの応用が期待されます。

液晶と結晶の融合による新規機能開拓

結晶中では高い規則性をもって分子が配列し、その配列は外場の大きな影響を受けない一方で、液晶は分子の配向方向が外場によって大きく変化します。このような結晶と液晶を複合化することで、高い外場応答性を持つ結晶の作製を行っています。多孔性結晶であるMOFの細孔中に液晶を導入することで、MOF中の規則的に並んだ分子との相互作用により液晶分子が配列し、外場で配列状態を制御できることがわかりました。従来の光学デバイスの小型化に寄与できると期待されます。

産学連携について

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