電気が流れる交互積層型電荷移動錯体の実現～常識を覆す、大量合成可能な新種の有機伝導体材料～(JST)

ポイント

電気がほとんど流れないことが通説であったドナーとアクセプターからなる交互積層型の電荷移動錯体の高伝導化に成功しました。

ドナーとアクセプターの分子軌道のエネルギーと対称性を考慮した新しい分子設計により、両者の分子軌道が強く混成した特異な電子状態を実現しました。

大量合成が可能で、溶液加工性にも優れた新種の塗布型有機伝導体材料としての有機電子デバイスへの応用が期待されます。

　電子の豊富なドナー分子と電子の不足したアクセプター分子からなる交互積層型電荷移動錯体は、電荷輸送に携わる実効的なキャリアが少ないことから電気が流れにくいというのが通説でした。東京大学 物性研究所の藤野 智子 助教（JST さきがけ研究者）・森 初果 教授らの研究チーム、同 大学院新領域創成科学研究科の岡本 博 教授・有馬 孝尚 教授の両研究チーム、分子科学研究所の中村 敏和 チームリーダー、岡山理科大学の山本 薫 教授、高輝度光科学研究センター（JASRI）の中村 唯我 研究員らは、分子軌道に着目した新しい設計により、交互積層型電荷移動錯体の高伝導化に成功し、1次元単結晶において室温・常圧で最高の伝導度を達成しました。ドナーとアクセプターの分子軌道のエネルギーと対称性を考慮した設計のもと、中性とイオン性の境界領域で、ドナーとアクセプターの分子軌道が強く混成した特異な電子状態を実現することができました。溶液状態で安定かつ大量生産が可能な新種の有機伝導体材料は、いまだ基礎研究の段階にある有機伝導体の材料研究をデバイス研究へとつなぎ、両研究分野の相互発展を促す次世代の有機伝導体材料になりうると期待されます。
　本成果は、英国科学誌「Nature Communications」オンライン版に2024年4月16日（現地時間）に掲載されます。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「物質探索空間の拡大による未来材料の創製」（研究総括：陰山 洋、研究代表者：藤野 智子、課題番号：JPMJPR22Q8）、JSPS 科学研究費助成事業（研究代表者：藤野 智子、課題番号JP21K05018；研究代表者：森 初果、課題番号：JP18H05225 / JP21K18597 / JP22H00106；研究代表者：岡本 博、課題番号：JP21H04988；研究代表者：出倉 駿、課題番号：JP20K15240；研究代表者：吉見 一慶、課題番号：JP22K03526 / 21H01041）、MEXT 科学研究費助成事業 新学術領域研究：「水圏機能材料：環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成」（研究代表者：藤野 智子、課題番号：JP20H05206 / JP22H04523）、「ハイドロジェノミクス」（研究代表者：森 初果、課題番号：JP18H05516：A03-2）、MEXT「マテリアル先端リサーチインフラ」事業（課題番号：JPMX1222MS1002）、内藤記念科学記念財団（研究代表者：藤野 智子）、池谷科学技術振興財団 研究助成（研究代表者：藤野 智子）、花王芸術・科学財団（研究代表者：藤野 智子）、野口遵研究助成金（代表代表者：出倉 駿）の支援により実施されました。なお、本研究は出光興産（株）との共同研究により行われました。
　

＜プレスリリース資料＞

本文PDF（948KB）

＜論文タイトル＞

“Orbital hybridization of donor and acceptor to enhance the conductivity of mixed-stack complexes”
DOI：10.1038/s41467-024-47298-1

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