ラジカル共有結合性有機構造体の形成 ~不対電子を組み込んだ有機構造体の形成による擬1次元反強磁性体への展開~

2026-06-23 京都大学,名古屋大学,科学技術振興機構

京都大学、名古屋大学、科学技術振興機構(JST)の研究グループは、不対電子を持つラジカル分子を骨格内に組み込んだ新しい共有結合性有機構造体(Radical Covalent Organic Framework:RCOF)の構築に成功した。研究では、ラジカルユニットを規則的に配置・積層することで、不対電子がほぼ一次元状に整列した結晶構造を実現した。その結果、炭素・窒素など第2周期の軽元素のみで構成される有機材料でありながら、低温で反強磁性を示すことが確認された。また、構造面内には電子共役系が発達しており、電子伝導性も併せ持つことが明らかとなった。従来、有機構造体において磁性と伝導性を両立させることは困難であったが、本研究はラジカルを利用したCOF設計により両特性を実現した点で重要である。一次元的に整列した電子スピンと二次元的な電子伝導ネットワークを兼ね備える本材料は、量子磁性体や次世代有機量子材料としての応用が期待される。成果は国際学術誌「Nature Communications」に掲載された。

ラジカル共有結合性有機構造体の形成 ~不対電子を組み込んだ有機構造体の形成による擬1次元反強磁性体への展開~
図1 RCOFの構造の概念図 緑色はラジカルを含むユニット、灰色はそれをつなぐリンカーを示す(R. Paitandhi 作成)

<関連情報>

磁気的および電気的特性を有する二次元ラジカル共有結合性有機骨格の直接構築 Direct Construction of Magnetic and Electrical Two-Dimensional Radical Covalent Organic Frameworks

Rajendra Prasad Paitandi,Madhurima Giri,Ryosuke Koyae,Masaki Nobuoka,Yusuke Tsutsui,Yoshiaki Shuku,Yun Hee Koo,HZhuowei Li,Yuta Sakurai,Katsuaki Suzuki,Javier López-Cabrelles,Shuhei Furukawa,Hironori Kaji,Masayuki Suda,Samrat Ghosh & Shu Seki
Nature Communications  Published:23 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74618-4

Abstract

Radicals arranged in a two-dimensional (2D) hexagonal network can offer various exotic magnetic, electronic, and optical properties that find application in electronics/spintronics. However, direct synthesis remains challenging due to the scarcity of stable, symmetry-matched radical building blocks. Here, we report the bottom-up synthesis of hexagonal 2D radical covalent organic frameworks (RCOFs) with unpaired electrons at the nodes of the frameworks. A planar verdazyl radical amine (V-NH2) undergoes Schiff-base condensation with aldehydes to afford highly crystalline hexagonal RCOFs (VTPT and VPMT). The spin density was precisely controlled through the selection of building blocks with modulated spin-spin distances. The EPR and SQUID measurements confirmed a high spin concentration with antiferromagnetic interactions at low temperature, which is further tuned by interlayer interactions. Thin films of VTPT exhibited preferential in-plane orientation with enhanced photoconductivity, attributed to improved π-conjugation. These findings establish a direct route to RCOFs and underscore their potential as pseudo 1-dimensional antiferromagnetic materials.

0502有機化学製品
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