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多重分子協調による多励起子生成反応の新展開

Research Project

Project/Area Number 21H01908
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

羽會部 卓  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70418698)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Keywords多励起子生成反応 / 一重項分裂 / 分子集合体 / 多励起子生成
Outline of Research at the Start

励起子の生成効率が100%を遙かに超える多励起子生成反応は吸収した光エネルギーを効率よく活用できるため、太陽光発電等などのエネルギー変換利用に大いに期待されている。本研究では多彩な材料系への展開を視野に合成化学的に構造制御されたメゾスケールの分子集合体系を構築する。従来の多励起子生成反応にはない革新的機能を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

分子集合体の光化学は光エネルギー変換・エレクトロニクスから医療応用まで様々な分野を網羅する。しかしながら、その重大な問題点は単量体と比較して吸収した励起エネルギーが励起子-励起子消滅等により迅速に失活することである。その解決策として近接した二分子間での多励起子生成反応であり、生成した三重項励起子の量子収率が200%の一重項分裂(Singlet Fission: SF)が挙げられる。この励起子の倍増が可能なSFを種々の反応系で格段に汎用性を高めるために、本研究ではSF材料の探索へ展開した。
今年度の成果の一つとして、テトラセン(Tc)ヘテロオリゴマーにおけるSFと励起子拡散過程の観測が挙げられる。材料合成として末端にエネルギー受容型のフッ素置換テトラセンを連結したTc-hetero-オリゴマー[TcF3-(Tc)4-TcF3]を新たに合成した。オリゴマーにおけるTcの数の増加とともに相関した三重項対の解離を促進し、分子内一重項分裂による独立した三重項励起子の逐次的な励起子トラップ過程が観測され、捕捉三重項収率は176 %となった。さらに、温度依存時間分解分光測定よりTc-ホモオリゴマー[(Tc)n: n=2, 4, 6]を含めて比較することで、Tcユニット数に対するエントロピー利得効果も明らかにした。
もう一つの成果として、SFの外部刺激に夜効果に着目し、溶液中のペンタセンダイマーのSFに対する溶媒および静水圧の影響を検討した。その結果、極性溶媒中でのペンタセンダイマーにおいては、加圧によってSFが促進されることが見出された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

共有結合で連結したアセンオリゴマー系において一重項分裂とその後の励起子拡散過程が実験的に明らかとなり、SFが関与する逐次反応系が観測されたため。

Strategy for Future Research Activity

超分子的な分子運動と一重項分裂が融合した系の構築に取り組む。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

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      Sakai Hayato、Suzuki Yudai、Tsurui Makoto、Kitagawa Yuichi、Nakashima Takuya、Kawai Tsuyoshi、Kondo Yuta、Matsuba Go、Hasegawa Yasuchika、Hasobe Taku
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 11 Issue: 8 Pages: 2889-2896

    • DOI

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      Nakamura Shunta、Sakai Hayato、Fuki Masaaki、Ooie Rikuto、Ishiwari Fumitaka、Saeki Akinori、Tkachenko Nikolai V.、Kobori Yasuhiro、Hasobe Taku
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Issue: 8

    • DOI

      10.1002/anie.202217704

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      Kinoshita Tomokazu、Nakamura Shunta、Harada Makoto、Hasobe Taku、Fukuhara Gaku
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 14 Issue: 12 Pages: 3293-3301

    • DOI

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      Sakai Hayato、Yoshino Keisuke、Shoji Yoshiaki、Kajitani Takashi、Pu Jiang、Fukushima Takanori、Takenobu Taishi、Tkachenko Nikolai V.、Hasobe Taku
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 126 Issue: 22 Pages: 9396-9406

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      Hasobe Taku、Nakamura Shunta、Tkachenko Nikolai V.、Kobori Yasuhiro
    • Journal Title

      ACS Energy Letters

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 390-400

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      J. Zhang, H. Sakai, K. Suzuki, T. Hasobe, N. V. Tkachenko, I. Chang, K. Hyeon-Deuk, H. Kaji, T. Teranishi, and M. Sakamoto
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 143 Issue: 42 Pages: 17388-17394

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      10.1021/jacs.1c04731

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      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 12 Issue: 28 Pages: 6457-6463

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      Nakamura Shunta、Sakai Hayato、Nagashima Hiroki、Fuki Masaaki、Onishi Kakeru、Khan Ramsha、Kobori Yasuhiro、Tkachenko Nikolai V.、Hasobe Taku
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 125 Issue: 33 Pages: 18287-18296

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c04734

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      2022光化学討論会
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  • [Presentation] Tetracene Molecular Architectures for High-Yield and Long-Lived Individual Triplet States through Singlet Fission2021

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      239th The Electrochemical Society Center Meeting
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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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