本文へジャンプ

2次元高分子と有機多孔材料の設計と機能開拓

チャン研究室 JIANG Laboratory
教授:チャン ドンリン(Jiang Donglin)

E-mail:djiangjaist.ac.jp
[研究分野]
2次元高分子、共有結合性有機骨格構造体、共役多孔性高分子、構造構築と制御
[キーワード]
有機材料、合成反応、構造構築、光・電子・触媒・二酸化 炭素貯蔵・分離機能

研究を始めるのに必要な知識・能力

有機合成や材料科学に関する実験的なトレーニングが望ましいです。

この研究で身につく能力

新しい材料の合成を通じて有機およびポリマー合成のスキルをマスターできます。新奇な有機材料の構造特定に関する能力を修得できます。ガス吸着、光捕集、有機半導体、触媒、エネルギー移動、電子移動、エネルギー貯蔵およびその他の先端的な機能を開拓する能力を磨けます。

【就職先企業・職種】 化学産業、高分子産業、先端材料、エネルギー産業、バッテリー産業、環境保全

研究内容

 本研究室では、従来の化学で困難な合成高分子の高次構造設計・制御に対して、高分子を1次構造から高次構造まで設計して創ることを目標としています。これまでに、2次元高分子(COFs) 分野の基礎を築き、また、合成および機能開拓を通じて分野を先導してきました。近年、次元を規定して高分子を2次元に成長させ、高分子シートやシートの結晶化による有機骨格構造体の構築を可能にすることや、望み通りの高次構造を創り出すことで精妙な高分子合成が達成されています。2次元成長に伴い、高分子骨格に規則正しく配列したナノ細孔が生まれ、高度に発達した有機多孔構造が内蔵されます。モノマー構造、結合パターン、熱力学的な要素を駆動して反応全体を統合的に考慮した動的化学反応による高分子構造体の戦略的構築、従来の高分子での「1次構造制御」か ら「望み通りの高次構造を設計して創り出す」ことへの脱皮こそ精密有機材料の鍵となります。本研究室では、このような精密制御された新奇な有機材料をターゲットにし、材料合成・機能開拓を通じて、エネルギー問題や環境問題の解決に新しい材料プラットフォームを提供することを念頭において実験研究を行っています。

2次元高分子の開拓

 本研究室では、独創的なコンセプトで有機ユニットの対称性と反応サイトの幾何学的な配置を駆使した反応系の構築により2次元的に成長した共有結合性有機骨格構造体の設計原理を確立しました。現在、原子層および多層構造ならではの機能を開拓しています。

有機多孔材料の開拓

 本研究室では、「モノマー開拓」、「動的化学反応開発」および「重合反応制御」に注力し、2次元成長パターンおよび骨格トポロジーを制御することで、望み通りの有機多孔性材料を合成する手法を開拓しました。現在、様々な新しい合成反応を開発しています。

機能開拓

 2次元高分子における光・電子・ホール・励起子との相互作用の解明を通じて、これまでに、「光捕集アンテナ機能」や「蛍光発光機能」、「超高速光誘起電子移動および電荷分離機能」、「半導体機能」、「光電変換機能」、「高速イオン伝導機能」、「触媒機能」、「高容量高選択性CO 2貯蔵・分離機能」および「優れた電気エネルギー貯蔵機能」など特異な機能を見い出しました。現在、これらの機能開拓を精力的に行っています。

主な研究業績

  1. Covalent Organic Frameworks: A Materials Platform for Structural and Functional Designs Ning Huang, Ping Wang, and Donglin Jiang* Nature Reviews Materials 1, 16068 (2016). (Front Cover Page)
  2. Proton Conductions in Crystalline and Porous Covalent Organic Frameworks Hong Xu, Shanshan Tao, and Donglin Jiang Nature Materials 15, 722-727 (2016). DOI: 10.1038/NMAT4461
  3. Multiple-Component Covalent Organic Frameworks Ning Huang, Lipeng Zhai, Damien E. Coupry, Matthew A. Addicoat, Keiko Okushita, Katsuyuki Nishimura, Thomas Heine, and Donglin Jiang* Nature Communications 7, 12325 (2016). DOI: 10.1038/ncomms12325

使用装置

核磁気共鳴装置、X 線回析装置
透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、X 線電子分光装置

研究室の指導方針

 2次元高分子、共有結合性有機骨格構造体、共役多孔性高分子の設計、合成および機能開拓のプロジェクトにおいて、日々の実験および知的交流を通じて化学、物理および材料科学に対するバックグランドの範疇を広げるとともに理解を深めます。研究に対して自ら問題を見つける、考える、そして解決する素質と能力を養う・強化することを中心に、個々の潜在性を高めます。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/jiang/

ページの先頭へもどる