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Strong luminescent lanthanide coordination polymers with heat resistant and thermo-sensible capabilties

Research Project

Project/Area Number 19J20713
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 35030:Organic functional materials-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

FERREIRADAROSA PedroPaulo  北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords希土類錯体 / 希土類配位高分子 / テルビウム / ジスプロシウム / 連結結晶 / エネルギーマイグレーション / 暴露実験 / 七配位型 / 八配位型
Outline of Research at the Start

発光性温度センシング材料は高感度かつ非接触であり、バイオイメージングや工業産業への応用が期待されている。中でも希土類配位高分子を利用した材料は温度に依存して発光色が変化し、熱耐久性も高い。本研究では発光性温度センシング材料のさらなる高機能化を目的として、感度や色変化の温度範囲が容易にコントール可能な強発光希土類配位高分子を設計する。さらに実際に分子を合成し、温度センシング機能の評価を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、優れた感温機能を示す強発光性の希土類配位高分子の開発を目的とする。具体的には4,4’-bipyridine配位子を有する 七配位希土類錯体の構造変形によって、感温特性を有する配位高分子の形成を行う。この構造変形のプロセスは結晶中に起こり、初めてin-situ希土類配位高分子の合成が期待される。また、機能発展のために、単結晶状態における異なるLn(III)錯体の結晶連結を目指す。新規な方法では、テルビウム(Tb(III))およびジスプロシウム(Dy(III))錯体は同様な構造変化(七配位型錯体から八配位型配位高分子へ)を示すことから、異なる結晶の連結を初めて試みた。また、共焦点レーザー顕微鏡を用いてその新規な連結結晶の光物性および光機能を検討した。

PXRDおよび単結晶構造解析によりDy(III)二核錯体はTb(III)二核錯体と同様な構造変化を示すことから、Tb(III)結晶―Dy(III)結晶の連結が可能と考えられる。具体的にはTb(III)二核錯体の結晶とDy(III)二核錯体の結晶を接触させ、配位高分子化後に分子レベルでTb(III)錯体の結晶とDy(III) 錯体の結晶を連結することに成功した。

次に、連結結晶の光物性および光機能を検討するために共焦点レーザー顕微鏡を用いて、場所依存の発光スペクトルを測定した。その結果、連結結晶を460nmのレーザー(Dy(III)を選択励起)で励起することで、Dy(III)結晶の部分だけでなくTb(III)結晶の部分も発光することが明らかになった。この励起波長ではTb(III)錯体を励起できないため、Tb(III)の発光はDy(III)結晶からの長いエネルギーマイグレーションに起因すると考えられる。また、DFT計算によりこの長いエネルギーマイグレーションは配位高分子の大きい双極子モーメントに起因すると示唆された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Long-lived emission beyond 1000 nm: control of excited-state dynamics in a dinuclear Tb(III)-Nd(III) complex2022

    • Author(s)
      Y.Kitagawa, K. Matsuda, P. P. Ferreira da Rosa, K. Fushimia and Y. Hasegawa
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 57 Issue: 65 Pages: 8047-8050

    • DOI

      10.1039/d1cc03596g

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hybrid EuIII Coordination Luminophore Standing on Two Legs on Silica Nanoparticles for Enhanced Luminescence2021

    • Author(s)
      T. Zhang, Y. Kitagawa, R. Moriake, P. P. Ferreira da Rosa, Md. Jahidul Islam, T. Yoneda, Y. Inokuma, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Journal Title

      Chem. Eur. J.

      Volume: 27 Issue: 58 Pages: 14438-14443

    • DOI

      10.1002/chem.202102156

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Charge-transfer excited states of π- and 4f-orbitals for development of luminescent Eu(<scp>iii</scp>) complexes2021

    • Author(s)
      Kitagawa Yuichi、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Hasegawa Yasuchika
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 50 Issue: 42 Pages: 14978-14984

    • DOI

      10.1039/d1dt03019a

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coordination geometrical effect on LMCT-depended energy transfer processes of luminescent Eu(III) complexes2021

    • Author(s)
      Pedro Paulo Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Haruna Sakamoto, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • Journal Title

      J Phys. Chem. A

      Volume: 125 Issue: 1 Pages: 209-217

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.0c09337

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First aggregation-induced emission of a Tb(III) luminophore based on modulation of ligand; ligand charge transfer bands2020

    • Author(s)
      Y. Kitagawa, M. Kumagai, T. Nakanishi, K. Fushimia and Y. Hasegawa
    • Journal Title

      Dalton Trans.

      Volume: 49 Issue: 10 Pages: 2431-2436

    • DOI

      10.1039/d0dt00528b

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Long‐Range LMCT Coupling in EuIII Coordination Polymers for an Effective Molecular Luminescent Thermometer**2020

    • Author(s)
      Kitagawa Yuichi、Kumagai Marina、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Fushimi Koji、Hasegawa Yasuchika
    • Journal Title

      Chemistry A European Journal

      Volume: 27 Issue: 1 Pages: 264-269

    • DOI

      10.1002/chem.202002628

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Luminescent lanthanide complex with seven-coordination geometry2020

    • Author(s)
      P.-P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, Y. Hasegawa
    • Journal Title

      Coordination Chemistry Reviews

      Volume: 406 Pages: 213153-213153

    • DOI

      10.1016/j.ccr.2019.213153

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermal and Crystallographic Investigation of Luminescent Eu(III) Coordination Polymers with Dithiane and Dioxane Hexyl Rings2019

    • Author(s)
      Hirai Yuichi、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 48 Issue: 12 Pages: 1544-1546

    • DOI

      10.1246/cl.190752

    • NAID

      130007757564

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Eu(III)錯体の七配位型から八 配位型への幾何学構造変形に伴う光増感発光増大2021

    • Author(s)
      フェレイラダローサペドロパウロ、 宮崎栞、庄司淳、北川裕一、宮田潔志、赤間知子、 小林正人、伏見公志、恩田健、武次徹也、長谷川靖哉
    • Organizer
      第37回希土類討論会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ピリジン 蒸気による七配位 Tb(III)錯体から八配位錯体から八配位 Tb(III)配位高分子の構造変 形と光機能2021

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一、庄司淳、伏見公志、長谷川靖哉
    • Organizer
      第 32 回配位化合物の光化学討論会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Reversible polymer transformation of luminescent Tb(III) complex2021

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一、庄司淳、伏見公志、長谷川靖哉
    • Organizer
      第 71 回錯体化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Photo-physical properties of seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes with LMCT bands2021

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Sunao Shoji, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • Organizer
      International Conference on Photochemistry (ICP 2021 Virtual)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control of LMCT bands in seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes with pyridine2021

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Sunao Shoji, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • Organizer
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem 2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 発光性希土類錯体の幾何学構造変化に伴う配位高分子化2020

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一, 伏見公志,長谷川靖哉
    • Organizer
      第36回希土類討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of LMCT state in seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes2020

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, 宮崎栞, 北川裕一, 宮田潔志, 赤間知子, 小林正人, 伏見公志, 恩田健, 武次徹也, 長谷川靖哉
    • Organizer
      2020光化学web討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ピリジン蒸気による発光性Tb(III)錯体の分子幾何学構造変化2020

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一, 伏見公志,長谷川靖哉
    • Organizer
      分子科学オンライン討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ピリジン蒸気によるTb(III)配位高分子のソフトクリスタル変形と光物性2020

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一, 伏見公志,長谷川靖哉
    • Organizer
      複合系の光機能研究会オンラインライジングスター研究会オンライン
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural polymerization of a Tb(III) complex under pyridine vaporization2020

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Organizer
      The 11th CSE International Autumn School & The 8th ALP International Symposium
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermo-sensible Seven-Coordinate Tb(III) Complexes2019

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Organizer
      The 23rd International Symposium on the Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds (ISPPCC 2019)
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      2019 Annual Research Report
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  • [Presentation] Seven-coordinated Tb(III) complexes with thermo-sensible abilities2019

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Organizer
      Nagoya Univ.-Tsinghua Univ.-Toyota Motor Corp.-Hokkaido Univ. Joint Symposium (NTTH)
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermo-sensible seven-coordinated Tb(III) complexes with intense luminescence2019

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Organizer
      7th Japanese-German Joint Seminar -Molecular Imaging Technology for Interdisciplinary Research-
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ピリジン蒸気による希土類配位高分子の発光色変化2019

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Organizer
      第68回高分子討論会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ピリジン蒸気によるTbIII配位高分子の合成と光物性2019

    • Author(s)
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • Organizer
      第2回「ソフトクリスタル」・「革新的光-物質変換」合同若手育成シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室のメンバーウェブサイト

    • URL

      https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/amc/8.STUDENTS/2021/2021pedro3/Web%20page_lab_D1.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 配位高分子、発光体、発光デバイス、及び、発光体を製造する方法2021

    • Inventor(s)
      長谷川靖哉、フェレイラダローサ、北川裕一、庄司淳、伏見公志
    • Industrial Property Rights Holder
      長谷川靖哉、フェレイラダローサ、北川裕一、庄司淳、伏見公志
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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