新たな分子設計により、交互積層型電荷移動錯体の高伝導化に成功：研究開発の最前線

東京大学は、新たな分子設計により、交互積層型電荷移動錯体の高伝導化に成功した。大量合成が可能で溶液加工性に優れており、塗布型伝導体材料として、有機電子デバイスへの応用が期待される。

[MONOist]

　東京大学は2024年4月16日、交互積層型電荷移動錯体の高伝導化に成功したと発表した。分子科学研究所、岡山理科大学、高輝度光科学研究センター（JASRI）の共同研究による成果だ。

　ドナーとアクセプターが交互に積層した交互積層型の電荷移動錯体は、電荷輸送に携わる実効的なキャリアが少ない。そのため、これまで電気がほとんど流れないとされてきた。

　研究グループは、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に着目し、新たな分子設計を考案。具体的には、ドープ型ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）の最短の二量体2Oと、その酸素、硫黄原子置換体2Sをドナーとして用い、フッ素置換テトラシアノキノジメタン類（F₄とF₂）をアクセプターとして、4種の針状の電荷移動錯体単結晶を作製した。

ドナーとアクセプターの構造と交互積層型電荷移動錯体単結晶の電荷移動量と室温伝導度［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　これらの結晶を解析したところ、いずれもドナーとアクセプターが交互に等間隔で積層した1次元構造を有し、分子軌道が強く混成した特異な電子状態にあることが分かった。電気抵抗率測定では、従来の交互積層型電荷移動錯体と比較して極めて高い室温伝導度を示し、中性−イオン性境界に位置していた2S‐F₄の組み合わせでは、1次元単結晶で最高の0.10Scm⁻¹に達した。

ドナーとアクセプターの電荷移動錯体結晶中での混成軌道［クリックで拡大］ 東京大学

　第一原理計算や大型放射光施設SPring−8のBL02B1での分析により、研究グループは、二量化に伴うスピンの組み残しなどの効果が高い伝導性が発現した起源と考えている。

　研究で使用したドナーは、分子設計の自由度が高いことから、多様な電荷移動錯体を構築できると見込まれる。大量合成が可能で溶液加工性に優れており、塗布型伝導体材料として、有機電子デバイスへの応用が期待される。

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