2020（令和2）年度

共⽣応⽤化学コース
エネルギー変換材料化学研究室
第８研究室

研究テーマエネルギー変換材料化学研究室（第8研究室）では，光・電⼦材料としての機能を含め多様で特異な機能性を持った低分⼦から⾼分⼦までの材料の開発（合成法の開発、材料の機能化や機能発現機構の解明）を⾏っています。
主な研究テーマとしては、下記の内容があります。
（１）有機⾦属錯体や低分⼦の有機化合物からなる発光・ホスト材料の創製と有機ELデバイスへの応⽤（２）３Dプリンターなどに使⽤可能なフォトポリマーや光開始剤の開発とそれらの反応機構の解明（３）精密重合による構造規制された⾼分⼦合成（４）表⾯特性が制御された機能性⾼分⼦材料の創製ゼミでは，実験の進捗状況の報告，関連する⽂献の紹介などを⾏っています。

研究⼿法
研究⼿法としては合成に留まらず，評価や解析までを⾏っています。
i) 新規有機分⼦や⾼分⼦の合成ii) 吸収，蛍光，円偏光⼆⾊性，レーザー分光，時間分解分光，DSC，TG-DTAを⽤いた物性測定iii) NMR，GPC，動的光散乱，電⼦顕微鏡を駆使した構造解析iv) 単結晶，X線および中性⼦散乱解析による分⼦レベルでの構造解析v) 有機EL，有機デバイス作製
企業や国内外の様々な研究グループとの共同研究を⾏っています。

当研究室で最先端の材料化学研究を体験してみませんか︖
スタッフ，学⽣⼀同，やる気に満ち溢れた⼈を歓迎します。

分⼦の設計⼠と建築⼠を⽬指して⾼分⼦化学
⽣化学

有機化学

機能性有機・⾼分⼦材料の創製
界⾯化学

物理化学

実践先⾏
“Catch the Interesting While Running”
Run whole heartedly and new seeds shall be found.
Practice first! Otherwise, only empty theories are left.
(Prof. Teruaki MUKAIYAMA)

無機化学

有機化学，⾼分⼦化学だけではなく，物理化学，無機化学，界⾯化学，⽣化学など学際的なエッセンスを抽出し，組み上げることで，機能美を追求しながら，機能性有機材料・⾼分⼦材料を設計，合成，評価することを⽬標とする。

有機エレクトロニクス1. OLED （Organic Light Emitting Diode） 有機EL
a. 蛍光型b. りん光型
c. 熱励起遅延蛍光型

フルカラータイプ
白色照明タイプ
フルカラー（3色混合）
2色混合
白色型

ECL: Electrochemical luminescence

2. 有機太陽電池
a. 有機薄膜太陽電池
b. ⾊素増感型太陽電池（グレッツェル型太陽電池）

3. 有機トランジスタ

有機エレクトロニクス
1. 有機のメリット
a. フレキシブルが可能
b. 製造コスト･エネルギーの低減
c. ⼤⾯積化が容易
d. 軽く薄いデバイスが可能
e. 微細加⼯が容易
f. 廃棄が容易･安全塗布法

2. デメリットa. 電気伝導性が低い
b. 耐熱性に乏しい
c. 安定性が低い
d. 短寿命である
課題に様々な角度から挑戦，応用のみならず学理の解明をはかる

有機ELデバイス
OLED Device composed ofONAlON

N NOO

速い応答性Si

広い視野⾓NNN

multiple organic layersH3C

BCP

CH3t-Bu-PBD

NSiloles

低消費電⼒

N

Alq3

フレキシブルなデバイス

Emission from exciton generated byrecombination of holeN and electron
N
CBP

DPvBi

Cathode electron
Electron injecting

cathode ( Al:LiF, e tc )
N

N

N

TPD

CH3Electron transporting

NEmitting Layer

N
N

a-NPD
N

H3C

recombination

excitonN

Host & Dopant

TCTA

Hole transporting
Emitting layer
anode ( IT O )

NO

NnS
N

Hole injecting
Anode

CH3NCuNO

CH3holeNn

PEDOT/PSS

SO3H

N

Nm-TDATA

CuPc
H3C

glassluminescence種々の発光⾊を⽰すイリジウム錯体
配位⼦の構造制御 ⇒[安達千波矢ら (2006)]

発光⾊調整

OLED:Organic Light Emitting DiodePersistent emission（畜光）

3年生研究室見学会

研究背景

青色発光を示すセリウム錯体の合成
発
光

有機ELデバイス・高い発光効率・高い発光色の青色純度

青色発光材料

有機ELディスプレイ

青色発光材料に求められること

有機ELデバイスには青色発光材料が用いられる＜課題点＞

従来の青色発光材料は、発光効率は高いが、原料は安価かつ青色純度が高い原料が高価かつ青色純度が低い。

新たな青色発光材料として期待される)2-PQ)
Ce(3-PQ)
Ce(4-PQ)
Ce(3-PQ)
Ce(4-PQ)
Ce(5-PQ)
Ce(4-PQ)
Ce(5-PQ)
Ce(6-PQ)
Ce(5-PQ)
Ce(6-PQ)
Ce(7-PQ)
Ce(6-PQ)
Ce(7-PQ)
Ce(8-PQ)
Ce(7-PQ)
Ce(8-PQ) Ce(8-PQ)
54%

本研究

61%

本研究では発光効率(%)が高く、青色純度も高い新規セリウム錯体の合成に成功した

今後は発光特性の調査及びデバイス化による

5-PQ)
Ce(6-PQ)
Ce(6-PQ)
Ce(7-PQ)
Ce(7-PQ) Ce(8-PQ)
Ce(8-PQ)
7-PQ)
Q)
Ce(7-PQ)
Ce(8-PQ)
Ce(8-PQ)

%

92%

86%

応用評価を行っていく予定である

蓄光性を⽰す有機ELホスト材料<ホスト材料><有機ELディスプレイ>
ex. iPhone

ディスプレイ内に含まれる材料

発光材料

＋

https://www.apple.com/jp/

CBP

いくつかのホスト材料は蓄光性を⽰す<ホスト材料と蓄光性>

mCP

ex.

mCP

ホスト材料

UV ON

…発光材料をディスプレイ中に均⼀に分散する材料
普通は発光材料の10〜20倍ほど⼊れる

UV OFF

ディスプレイ上で蓄光性を⽰すと残光が邪魔をしてディスプレイの発⾊が悪くなる

ホスト材料が⽰す蓄光性と有機ELディスプレイの発光効率の相関性を調査

イリジウム錯体の異性化メカニズムの解明
p イリジウム錯体
有機ELデバイスの発光材料として注目される・室温下において、高効率なりん光発光を示す・配位子を変えることで、りん光発光色を幅広く調節可能Ø 問題点：熱失活によりエネルギーロスが生じ、発光効率が低下する
S1

hn

項間交差

異性化準位

hn

T1

りん光異性化
熱失活

meridional 体

facial 体

Point
S0
S：一重項、T：三重項

異性化 = 発光を妨げる過程
異性化メカニズムの詳細は未解明

工業製品に利用されている高分子分散材料
塗料分野

エンプラ分野
タイヤ
帯電防止剤

情報分野

ディスプレイ材料
コピー用トナー

顔料の分散剤
水性化塗料

土木建築分野セメント粒子の分散接着剤

高分子分散材料
エマルション・ミセル
微粒子・カプセル

医薬分野

ドラッグデリバリー
診断薬担体

製紙分野

コーティング剤
脱墨剤

エマルションや微粒子は高付加価値材料としての研究が進んでいる。
工業的に利用される材料開発に関係するテーマを設定している

化粧品分野

ファウンデーション
シャンプー

M2・ブロックコポリマーを用いた体外診断薬用ラテックス粒子
・表面開始ATRPによる発泡ナノ粒子の作製
・高分子ミセルを用いた白金族金属の分離回収
・異方性高分子中空微粒子の作製

ブロックコポリマー を用いた 体外診断薬用ラテックス粒子
体外診断薬とは…
抗体抗原反応により⾎液や尿から抗原を検出し、病気を判断する医薬品粒子作製に用いる
ブロックコポリマーの合成

ラテックス粒子の作製

化学結合法によるタンパク質固定化粒子作製の際に界面活性剤として利用

抗体結合サイトを多数有する
ラテックス粒子の作製

カルボキシ基の活性化によるタンパク質固定化

抗体の結合サイト(カルボキシ基)

体外診断薬用ラテックス粒子

タンパク質(HRP)

PAAc

PAAc-b-PSt
油相
⽔相

両親媒性
ブロックコポリマー
ミセル形成

PSt latex particles

Protein-binding PSt latex particles
タンパク質
固定化に伴う呈色反応

TMB

表⾯開始ATRPによる発泡ナノ粒⼦の作製< 発泡材料 >< 発泡材料中の気泡サイズ >空気を内包する材料
断熱性や軽量性などに優れる< ナノ気泡へのアプローチ >
梱包材

自動車材料

http://matsuyasyokai.shoppro.jp/?pid=24997571

http://www.sekisuiplastics.co.jp/exhibition/14ipf/exhibition.html

粒子を加えて発泡させることにより気泡が微細化
本研究ではこの効果を高めるために，シリカナノ粒子表面への発泡ポリマーの導入を試みる< 実験概要 >表面開始
ATRP

フィルム化後加熱
2 µm

シリカナノ粒子

発泡ナノ粒子発泡フィルム

発泡フィルムの断面SEM画像

高分子ミセルを用いた白金族金属の分離回収● 白金族金属･･･Pt, Pd, Rhなどの総称
利点

⾼い触媒活性

産地が偏在・⾼価

課題

使⽤済み製品からのリサイクルが必要

⾃動⾞の排ガス浄化触媒などに利⽤
従来の分離回収法において環境負荷などの課題がある● 高分子ミセルを用いた沈殿分離法

解決策

高分子ミセル形態と白金族金属吸着能の関係の調査
PSt10-b-PHEAT25-TTC

TTC

PSt10-b-PHEAT25-TTC(フラワーミセル)

PSt10-b-PHEAT25(星形ミセル)PSt10-b-PHEAT25

異方性高分子中空微粒子の作製
u 形状異方性粒子

u 中空粒子

流体力学特性に影響し，粒子の配向制御やそれによる構造色の発現などを促す

中実粒子と比較して密度が小さく，分散性が高い
また，二重界面を持ち，光を散乱しやすい
1 µm

100 nm

形状異方性かつ中空構造を併せ持つ高分子微粒子の作製
Dispersion
polymerization
Styrene (St)

PMAA (MAA : methacrylic acid)stirring (1)Alkali swelling
pH = 12-13

Core-shell particle

Hollow particle

Anisotropic
hollow particle(1) Ref. Hideto Minami, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9936 –9940