π造形システムの電子励起状態制御

• Project Area: pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
• Project/Area Number: 15H01003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 羽會部 卓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70418698)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: π共役分子 / 励起状態 / 多環芳香族炭化水素 / 励起ダイナミクス制御

Outline of Annual Research Achievements

広い意味でπ共役分子・集合体の電子機能 (Intrinsic-π機能)と構造的な歪みなどに伴う運動性 (Dynamic-π機能) を融合させた電子励起状態制御を目的として研究展開を行った。
１．発光性ヘリセン誘導体の合成と円偏光発光特性: ヘリセンは芳香環が螺旋状に縮環した異方性を示す分子であり、円偏光発光 (CPL) 材料への応用が期待される。しかしながら、一般に蛍光量子収率 (φFL) が極めて低く、その向上が課題である。ヘリセン骨格に電子アクセプター性のキノキサリンやイミド基を縮環した誘導体を新規に合成し、蛍光量子収率の大幅な向上と円偏光発光の発現に成功した。
2.ヘリセン誘導体を発光層とする有機ELの作製と評価: 上述のように、ヘリセンは一般に発光量子収率が極めて低く、発光デバイスに不向きであるが、円偏光発光 (CPL)デバイスへの実現には有用な有機材料である。本研究では非対称アルキル化したキノキサリンを縮環した[7]ヘリセンを合成し、その均一溶液中でのCPL特性を明らかにした。また、薄膜状態でのELスペクトルの観測にも成功した。
3.特異な光物理過程を示すπ共役系分子の物性評価: 当研究室ではピコ秒およびナノ秒の時間分解分光装置および近赤外分光を用いた様々な励起ダイナミクス評価を行っている。特に、分子の平面性や対称性、ヘテロ元素の有無などが速度論として励起状態ダイナミクスにどのように影響するか検討を行っている。これまでに領域内の10グループと共同研究を行ってきた。例えば、レア１,４－ビス（ベンゾイル）-2,5－ビス（シロキシ）ベンゼンは結晶状態において緑色リン光を非常に効率よく示し（λ = 513 nm、φ = 0.63）、さらにその発光寿命が極めて長い（τ = 96.2 ms）ことを明らかにした。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] タンペレ工科大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] Tampere University of Technology(Finland)
• [Journal Article] Controlled Excited-State Dynamics and Enhanced Fluorescence Property of Tetrasulfone[9]helicene by a Simple Synthetic Process (2016)
  • Author(s): Yamamoto, Y; Sakai, H ; Yuasa, J ; Araki, Y; Wada, T ; Sakanoue, T ; Takenobu, T ; Kawai, T; Hasobe, T
  • Journal Title: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C Volume: 120 Issue: 13 Pages: 7421-7427
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b01123
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthetic Control of Photophysical Process and Circularly Polarized Luminescence of [5]Carbohelicene Derivatives Substituted by Maleimide Units (2016)
  • Author(s): Hayato Sakai, Takako Kubota, Junpei Yuasa, Yasuyuki Araki, Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu, Takehiko Wada, Tsuyoshi Kawai, and Taku Hasobe
  • Journal Title: Journal of Phyisical Chemistry C Volume: 120 Issue: 14 Pages: 7860-7869
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b01344
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Protonation-Induced Red-Coloured Circularly Polarized Luminescence of [5]Carbohelicene Fused by Benzimidazole (2016)
  • Author(s): H. Sakai, T. Kubota, J. Yuasa, Y. Araki, T. Sakanoue, T. Takenobu, T. Wada, T. Kawai, T. Hasobe
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: 14 Issue: 28 Pages: 6738-6743
  • DOI: 10.1039/c6ob00937a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthetic Conrol of the Excited-State Dynamics and Circularly Porlarized Luminescence of Fluorscent ''Push-Pull'' Tetrathia[9]helicenes (2016)
  • Author(s): Y. Yamamoto, H. Sakai, J. Yuasa, Y. Araki, T. Wada, T. Sakanoue, T. Takenobu, T. Kawai, T. Hasobe
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 22 Pages: 4263-4273
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Long-Lived Triplet Excited States of Bent-Shaped Pentacene Dimers by Intramolecular Singlet Fission (2016)
  • Author(s): T. Sakuma, H. Sakai, Y. Araki, T. Mori, T. Wada, N. V. Tkachenko, T. Hasobe
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A Volume: 120 Issue: 11 Pages: 1867-1875
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.6b00988
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High-Yield Triplet Excited States in Pentacene Self-Assembled Mnolayers on Gold Nanoparticle through Singlet Exciton Fission (2016)
  • Author(s): D. Kato, H. Sakai, N. V. Tkachenko, T. Hasobe
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 55 Issue: 17 Pages: 5230-5234
  • DOI: 10.1002/anie.201601421
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly Fluorescent [7]Carbohelicene Fused by Asymmetric 1,2-Dialkyl-Substituted Quinoxaline for Circularly Porlarized Luminescence and Electroluminescence (2015)
  • Author(s): H. Sakai, S. Shinto, J. Kumar, Y. Araki, T. Sakanoue, T. Takenobu, T. Wada, T. Kawai, T. Hasobe
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 119 Issue: 24 Pages: 13937-13947
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b03386
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ボロンジピロメテンを基盤とした発光性螺旋状分子の合成と分光特性 (2017)
  • Author(s): 伊藤広朗・酒井隼人・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 含窒素ペリレン誘導体の合成および励起ダイナミクス評価 (2017)
  • Author(s): 廣野明津・酒井隼人・坂上知・竹延大志・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ２つのリン原子を有する屈曲型分子の励起状態ダイナミクス (2016)
  • Author(s): 山村正樹・本郷大悟・酒井隼人・羽曾部卓・鍋島達弥
  • Organizer: 第４３回有機典型元素化学討論会
  • Place of Presentation: 仙台市民会館（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-12-10
• [Presentation] テトラシラテトラチア[8]サーキュレン及びテトラゲルマテトラチア[8]サーキュレンの合成と物性 (2016)
  • Author(s): 赤堀周平・芹澤祐真・加藤祥平・酒井隼人・羽曾部卓・三宅由寛・忍久保洋
  • Organizer: 第４３回有機典型元素化学討論会
  • Place of Presentation: 仙台市民会館（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-12-10
• [Presentation] 含窒素ペリレン誘導体の合成および光物性評価 (2016)
  • Author(s): 廣野 明津・酒井 隼人・ 羽曾部 卓
  • Organizer: 2016年光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] π共役系分子集積体の励起状態ダイナミクス制御と機能発現 (2016)
  • Author(s): 羽曾部 卓
  • Organizer: 九州地区高分子若手研究会・夏の講演会
  • Place of Presentation: アルモニーサンク（福岡県・北九州市）
  • Year and Date: 2016-07-01
  • Invited
• [Presentation] テトラスルホン[9]ヘリセンの合成と発光特性 (2016)
  • Author(s): 山本 勇樹・酒井 隼人・坂上 知・竹延 大志・羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府・京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Control of Excite-State Dynamics of Functional Supramolecular Architectures for Optical Applications (2016)
  • Author(s): Taku Hasobe
  • Organizer: TUT University Seminar
  • Place of Presentation: Tampere (Finland)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Push-Pull 型ヘテロ[9]ヘリセンの合成と励起ダイナミクス制御 (2015)
  • Author(s): 山本勇樹・酒井隼人・坂上 知・竹延大志・羽曾部 卓
  • Organizer: 第２６回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学・松山大学（愛媛県・松山市）
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] マレイミド基を有する[5]-カルボヘリセン誘導体の合成と水素結合を介した超分子集合体への展開 (2015)
  • Author(s): 久保田貴子・酒井隼人・羽曾部 卓
  • Organizer: 第２６回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学・松山大学（愛媛県・松山市）
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] Preparation and Photophysical Properties of Molecular Architectures Composed of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon and Porphyrin Derivatives (2015)
  • Author(s): Taku Hasobe
  • Organizer: 227th The electrochemical Society Center Meeting
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-05-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 光機能性超分子材料の励起ダイナミクス制御と応用展開 (2015)
  • Author(s): 羽曾部 卓
  • Organizer: 平成２６年度の共同研究拠点活動報告会
  • Place of Presentation: 九州大学 伊都キャンパス（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2015-04-20
  • Invited