関学,量子ドットと光応答有機分子の配列を光制御

関西学院大学は,全く性質の異なる「有機分子」と「無機微粒子」を混ぜると,それらが交互に並ぶことを発見した。さらに,無機微粒子のみでは実現が難しい光応答性の付与に成功した(ニュースリリース)。

有機材料と無機材料を融合した有機無機ハイブリッド材料は,それぞれの性質が足された材料として振る舞うのみならず,融合することで初めて発現する新奇物性・機能を創出できることから盛んに研究されている。

しかしながら,形や大きさが全く異なる物質を混合した場合,それぞれの物質を規則正しく配列させることは難しく,有機物は有機物と,無機物は無機物と集まる。その結果,有機層と無機層に無秩序に分離(層分離)する。そのため,規則正しく有機物と無機物を並べることは困難だった。

そこで研究グループは,独自に開発した「有機分子の自己集合を利用した微粒子の集合手法」を基盤とすることで,有機分子と無機微粒子である量子ドットを合理的かつ精密に並べることができるのではないかと着想した。

研究グループは今回,量子ドットとの吸着部位(アミノ基)をもつ新規アゾベンゼン誘導体,およびCdSe型量子ドットを低極性溶媒中で混合することで,有機分子と量子ドットが高秩序に配列した有機無機ハイブリッド集合構造が形成されることを初めて見出した。

透過型電子顕微鏡により,その構造が明らかになった。また,この構造は「アゾベンゼン誘導体の有機層」と「量子ドットの無機層」が数ナノメートルの間隔で交互に配列しており,2次元のみならず,3次元に配列していることが明らかになった。

さらに,アゾベンゼンのもつ「光照射によって構造変化(光異性化)する」特徴を活かすことで,配列構造やその構造由来の発光特性を光で制御できることも実証した。

この研究で得られた,異種物質の精密配列に関する知見は,材料科学において極めて重要な成果であるという。しかし,この有機分子の自己集合を利用した配列手法は発展途上であり,どこまで精密に配列構造を制御できるのかは明らかになっていない。

研究グループは今後,用いる有機分子や無機微粒子の種類を変える,または混合条件をスクリーニングすることで,多角的に精査していくことで,この手法の極限に迫る。また,将来的には,ナノレベルでの分子配列が重要となってくる太陽電池への応用が期待できるとしている。

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