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光応答性分子結晶中における光反応ナノ形態の解明と制御

Research Project

Project/Area Number 20J20030
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
Research InstitutionOsaka Metropolitan University (2022)
Osaka City University (2020-2021)

Principal Investigator

森本 晃平  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords光応答性分子結晶 / 有機結晶 / 光反応ナノ形態 / 協同的光反応 / アントラセン / 固体光反応 / [4+4]光二量化反応 / 特異的光反応 / フォトメカニカル効果
Outline of Research at the Start

本研究の目的は光応答性分子結晶中における光反応ナノ形態の解明と制御である。ジアリールエテン(DE)結晶中の分子間振動に対応するテラヘルツ(THz)波吸収スペクトルの実験値をもとに、光反応ナノ形態をモデルし量子化学計算により得られるスペクトルの理論値と比較することで分子間振動モードを同定し光反応ナノ形態の解明を行う。さらに、分子構造や結晶構造、分子間相互作用および紫外光の照射条件がナノ形態に及ぼす影響を評価することで形成のメカニズムの解明とナノ形態の光制御を達成する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は2,5-ジスチリルピラジン(DSP)単結晶を用いて光反応ナノ形態の形成過程の評価に取り 組んだ。一部の光応答性分子結晶では分子スケールにおいて反応した部分から広がるようにドメ イン形成する光反応ナノ形態を経ながら、協同的に光反応が進行することが報告されている。先 行研究では結晶全体での平均化された状態における協同的光反応の評価がほとんどであったた め、単一の結晶のどこでドメインの核が生成し、どのように成長するのかはあまり評価されてこ なかった。そこで本研究ではDSPの単結晶を用いて分子スケールでの光反応ナノ形態の形成過程 が結晶全体におけるマイクロメートルスケールでの光反応に及ぼす影響を評価した。マイクロメ ートルスケールでの光反応過程を評価するために偏光顕微鏡を用いて紫外光照射時の結晶の色の 変化を観察すると、不均一に結晶の端から変化した。このことからDSP単結晶では紫外光照射に 伴い結晶の端から不均一に光反応が進行することが明らかになった。さらにDSP単結晶の不均一 な光反応を評価するためにプログラムを構築してシミュレーションによる理論的な再現を試み た。周辺に生成物が存在する反応物は反応量子収率が大きいという協同的光反応の要素に加え て、結晶の端の反応物も反応量子収率が大きいという要素も組み込むと、不均一な光反応を定量 的に再現することができた。以上のように光応答性分子結晶の1つであるDSP単結晶における分 子スケールでの光反応ナノ形態の形成過程がマイクロメートルスケールでの光反応に及ぼす影響 の評価に成功した。さらに数値シミュレーションを用いて再現することで不均一な光反応の要因 を推定することに成功した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

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    • Author(s)
      Morimoto Kohei、Kitagawa Daichi、Bardeen Christopher J.、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 29 Issue: 14

    • DOI

      10.1002/chem.202203291

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    • Author(s)
      Kohei Morimoto, Daichi Kitagawa, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Seiya Kobatake
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 61 Issue: 52

    • DOI

      10.1002/anie.202212290

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    • Author(s)
      Morimoto Kohei、Kitagawa Daichi、Tong Fei、Chalek Kevin、Mueller Leonard J.、Bardeen Christopher J.、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 2 Pages: e202114089

    • DOI

      10.1002/anie.202114089

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019611

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    • Author(s)
      Morimoto Kohei、Tsujioka Hajime、Kitagawa Daichi、Kobatake Seiya
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 124 Issue: 23 Pages: 4732-4741

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.0c02774

    • NAID

      120007041874

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020019

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      森本晃平, 北川大地, 五月女光, 宮坂博, 小畠誠也
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      森本晃平, 北川大地, Fei Tong, Christopher J. Bardeen, 小畠誠也
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      森本晃平, 北川大地, Fei Tong, Christopher J. Bardeen, 小畠誠也
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      森本晃平, 北川大地, Fei Tong, Christopher J. Bardeen, 小畠誠也
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      日本化学会第101回春季年会
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  • [Presentation] 9-メチルアントラセン薄膜単結晶の光二量化反応に伴う複屈折変化2020

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      森本晃平, 北川大地, Fei Tong, Christopher J. Bardeen, 小畠誠也
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      2020年web光化学討論会
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  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.a-chem.eng.osaka-cu.ac.jp/kobatakelab/

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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