窒素原子置換によるわずかな差で
空間と水素・電子輸送物性を精密コントロール

京都大学 大学院工学研究科 分子工学専攻 Ｌｉ Ｚｈｕｏｗｅｉ 氏（博士課程３年）・常行 恭弘 氏（修士課程２年・当時）・Ｐａｉｔａｎｄｉ Ｒａｊｅｎｄｒａ 氏（日本学術振興会 研究員）・筒井 祐介 助教・田中 隆行 准教授・鈴木 克明 助教・梶 弘典 教授・Ｓａｍｒａｔ Ｇｈｏｓｈ 氏（日本学術振興会 研究員）・関 修平 教授らのグループは、名古屋大学 大学院工学研究科 有機・高分子化学専攻 仲里 巧 氏（修士課程２年・当時）・小田原 正浩（修士課程２年・当時）・三宅 由寛 准教授（現 兵庫県立大学 教授）・忍久保 洋 教授、および横浜市立大学 大学院生命ナノシステム科学研究科 高木 牧人 特任助教・島崎 智実 准教授・立川 仁典 教授と共同で、高いプロトン伝導性と高い化学的安定性を両立する高結晶性の共有結合性有機構造体（ＣＯＦ）の形成に成功しました。

2次元に拡がったＣＯＦは、その平面内の電子共役に加えて、結晶性固体になる際の平面の重なり方によっても物性が大きく異なります。ＣＯＦの特徴として、用いる分子ユニットの選択で平面内電子共役を制御することが可能ですが、一方でその重なり方の緻密な制御は困難でした。従来用いられていたピレン骨格は、ＣＯＦに必要な高い結晶性を与えるユニットとして知られていました。しかし、このユニットに由来する骨格のねじれが、積層構造の制御とそれに由来するさまざまな物性の精密制御の足かせとなっていました。

本研究では、ピレンユニットの２つの炭素原子を窒素原子で置換したジアザピレンに変えることで、Ｃ－Ｈ結合の有無というわずかな差だけで2次元平面性と３次元積層距離が異なることを発見しました。また、ジアザピレンＣＯＦが極めて高いプロトン伝導特性を示すことを明らかにしました。

本研究成果は、米国の国際学術誌「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ」に２０２４年８月８日（現地時間）に掲載されました。