２次元共役高分子を巻き上げる

京都大学 大学院工学研究科 分子工学専攻 Ｌｉ Ｚｈｕｏｗｅｉ（リ・ツオウェイ） 氏（博士課程３年）・Ｐａｉｔａｎｄｉ Ｒａｊｅｎｄｒａ（パイタンジ・ラジェンドラ） 氏（日本学術振興会 研究員）・筒井 祐介 助教・松田 若菜 氏（博士研究員）・信岡 正樹 氏（博士課程３年）・Ｃｈｅｎ Ｂｉｎ（チェン・ビン） 氏（博士課程３年）・鈴木 克明 助教・梶 弘典 教授・Ｓａｍｒａｔ Ｇｈｏｓｈ（サムラット・ゴッシュ） 氏（日本学術振興会 研究員）・田中 隆行 准教授・須田 理行 准教授・関 修平 教授は、同研究科 物質エネルギー化学専攻・Ｚｈｕ Ｔｏｎｇ（ヂウ・トン） 准教授・陰山 洋 教授、名古屋大学 大学院工学研究科 有機・高分子化学専攻 三宅 由寛 准教授（現 兵庫県立大学 教授）・忍久保 洋 教授、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、東京科学大学 安藤 康伸 准教授、および東京大学 江崎 貴裕 講師と共同で、２次元共役高分子である共有結合性有機構造体（ＣＯＦ）を巻き上げて、１次元構造を持つナノチューブを創り出すことに成功しました。また、この構造体が世界最高レベルの高いプロトン伝導性を示すことも明らかにしました。

共有結合性有機構造体（ＣＯＦ）は、用いる分子の組み合わせでさまざまなトポロジーを持つ周期構造を構築することができます。その多くは平面状のシート構造になり、それが積み重なることで固体物性が発現します。これは炭素のシートであるグラフェンが積み重なってグラファイト（黒鉛）が得られることと似ています。一方、シートが巻き上がってチューブのような形状になればカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に類似した構造が得られ、その１次元性に起因する特徴的な物性の発現が期待されます。しかしながら、ＣＯＦでこのようなナノチューブ構造を得た例は非常に限られていました。

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を構成単位として繰り返したシート状のＣＯＦが液液界面において自発的に巻き上がることで、１次元チューブ状構造が得られることを発見しました。逆に、得られたチューブ状構造の分散液に超音波を照射すると、チューブ構造が巻き戻ってシートに戻ることも確認しました。さらに、電気化学インピーダンススペクトル測定によりプロトンの伝導特性を評価したところ、σ＝１．９８ジーメンス毎センチメートルという世界最高レベルのプロトン伝導性を示しました。

本研究成果は、２０２５年４月１６日（現地時間）以降に、米国の国際学術誌「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（米国科学アカデミー紀要）」に掲載されます。