High Efficient Circular Polarized Luminescence by Singlet Fission in Chiral Metal Organic Frame Work

• Project Area: Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 17H05381
• 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: 酒井 隼人 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (60708486)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 一重項分裂 / 金属有機構造体 / ペンタセン / 多孔性配位高分子 / 不斉 / MOF / キラル / 円偏光発光 / プラズモン共鳴

Outline of Annual Research Achievements

ペンタセンを代表とするアセンは一重項分裂（SF）発現可能な分子である。このペンタセンを二分子連結した二量体はSFを定量的に発現することができる。そこで、この二量体に着目し研究を行ってきた。本研究の基盤となる金属有機構造体（MOF）には通常、剛直な分子を配位子として利用する必要がある。そこで、剛直なペンタセン二量体の合成に取り組んだ。剛直という観点からペンタセン二量体と配位部位を直線状に連結した分子を設計し、ペンタキノンから7段階で合成に成功した。次にSFを評価するためフェムト秒過渡吸収測定を行った。その結果収率200％で三重項の生成が確認されたことから、合成したペンタセン二量体でSFが発現することを確認した。このペンタセン二量体と硝酸亜鉛を用いて、MOFを合成した。合成には、MOFの合成法の一つである蒸気拡散法を用いて行ったところペンタセンの特徴的な青色の微結晶体が得られた。得られた微結晶の内部構造を決定するため粉末X線およびIRスペクトルの測定を行った。その結果、paddlewheel型錯体を架橋部位し、架橋配位としてペンタセン二量体が利用されていることが確認された。合成したMOFのフェムト秒過渡吸収測定を行いSF発現の確認し、三重項が200％で生成していることを確認し、SF発現可能なMOFを初めて合成することに成功した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30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] タンペレ工科大学(フィンランド)
• [Journal Article] Significant Enhancement of Absorption and Luminescence Dissymmetry Factors in the Far-Red Region: A Zinc(II) Homoleptic Helicate Formed by a Pair of Achiral Dipyrromethene Ligands (2018)
  • Author(s): Ito Hiroaki、Sakai Hayato、Okayasu Yoshinori、Yuasa Junpei、Mori Tadashi、Hasobe Taku
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 24 Issue: 63 Pages: 16889-16894
  • DOI: 10.1002/chem.201804171
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High‐Yield Generation of Triplet Excited States by an Efficient Sequential Photoinduced Process from Energy Transfer to Singlet Fission in Pentacene‐Modified CdSe/ZnS Quantum Dots (2018)
  • Author(s): Sakai Hayato、Inaya Ryutaro、Tkachenko Nikolai V.、Hasobe Taku
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 24 Issue: 64 Pages: 17062-17071
  • DOI: 10.1002/chem.201803257
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiexciton Dynamics Depending on Intramolecular Orientations in Pentacene Dimers: Recombination and Dissociation of Correlated Triplet Pairs (2018)
  • Author(s): Sakai Hayato、Inaya Ryutaro、Nagashima Hiroki、Nakamura Shunta、Kobori Yasuhiro、Tkachenko Nikolai V.、Hasobe Taku
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 9 Issue: 12 Pages: 3354-3360
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01184
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Concentration-dependent photophysical switching in mixed self-assembled monolayers of pentacene and perylenediimide on gold nanoclusters (2018)
  • Author(s): D. Kato, H. Sakai, Y. Araki, T. Wada, N. V. Tkachenko, T. Hasobe
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 20 Issue: 13 Pages: 8695-8706
  • DOI: 10.1039/c8cp00174j
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis, Structural and Photophysical Properties of Pentacene Alkanethiolate Monolayer-Protected Gold Nanoclusters and Nanorods: Supramolecular Intercalation and Photoinduced Electron Transfer with C60 (2017)
  • Author(s): Kato Daiki、Sakai Hayato、Saegusa Toshiyuki、Tkachenko Nokolai V.、Hasobe Taku
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 121 Issue: 16 Pages: 9043-9052
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b01164
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis of Tetrasilatetrathia[8]circulenes by a Fourfold Intramolecular Dehydrogenative Silylation of C-H Bonds (2017)
  • Author(s): Yuma Serizawa, Shuhei Akahori, Shohei Kato, Hayato Sakai, Taku Hasobe, Yoshihiro Miyake,* Hiroshi Shinokubo
  • Journal Title: Chem. Eur. J Volume: 印刷中 Issue: 29 Pages: 6948-6952
  • DOI: 10.1002/chem.201700729
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effect of a highly twisted C=C double bond on the electronic structures of 9,9'-bifluorenylidene derivatives in the ground and excited states (2017)
  • Author(s): A. Takai, D. J. Freas, T. Suzuki, M. Sugimoto, J. Labuta, R. Haruki, R. Kumai, S.-i. Adachi, H. Sakai, T. Hasobe, Y. Matsushita, M. Takeuchi
  • Journal Title: Organic Chemistry Frontier Volume: 4 Issue: 5 Pages: 650-657
  • DOI: 10.1039/c7qo00125h
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of the electrochemical and photophysical properties of N-substituted benzo[ghi]perylene derivatives (2017)
  • Author(s): Tokuo Kokichi、Sakai Hayato、Sakanoue Tomo、Takenobu Taishi、Araki Yasuyuki、Wada Takehiko、Hasobe Taku
  • Journal Title: Materials Chemistry Frontiers Volume: 1 Issue: 11 Pages: 2299-2308
  • DOI: 10.1039/c7qm00301c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Photodynamics of Tetragermatetrathia[8]circulene (2017)
  • Author(s): Akahori Shuhei、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Shinokubo Hiroshi、Miyake Yoshihiro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 20 Issue: 1 Pages: 304-307
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b03764
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inter- and Intramolecular Electron-Transfer Reduction Properties of Coronenediimide Derivatives via Photoinduced Processes (2017)
  • Author(s): Yoshida Motoki、Sakai Hayato、Ohkubo Kei、Fukuzumi Shunichi、Hasobe Taku
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 122 Issue: 25 Pages: 13333-13346
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b09817
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of Quantitative Intermolecular Two-Electron Transfer Process through Highly Efficient Singlet Fission in Tetracene Dimer (2019)
  • Author(s): 中村俊太・酒井隼人・長嶋宏樹・小堀 康博・Nikolai, TKACHENKO・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会 第99春季年会 (2019)
• [Presentation] 半導体ナノ粒子上にアルカンチオール単分子膜を介して化学修飾したペンタセン二量体の構造および光物性評価 (2019)
  • Author(s): 三枝稔幸・酒井隼人・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会 第99春季年会 (2019)
• [Presentation] ペンタセン二量体を基盤とする新規配位高分子の合成と光物性 (2019)
  • Author(s): 酒井隼人・TKACHENKO Nikolai・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会 第99春季年会 (2019)
• [Presentation] キラル連結部位で架橋したボロンジピロメテン二量体の合成 と分光特性 (2019)
  • Author(s): 津田絢斗・酒井隼人・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会 第99春季年会 (2019)
• [Presentation] 量子ドット表面にアルカンチオール単分子膜を介して化学修 飾したテトラセン誘導体の合成および光物性評価 (2019)
  • Author(s): 北野麻奈・酒井隼人・羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会 第99春季年会 (2019)
• [Presentation] テトラセンアルカンチオール修飾金ナノクラスターにおける一重項分裂の制御と反応展開 (2018)
  • Author(s): 三枝稔幸・酒井隼人・Nikolai, TKACHENKO・ 羽曾部卓
  • Organizer: 2018 年光化学討論会
• [Presentation] アセチレンを架橋部位とするペンタセン二量体の構造評価と一重項分裂への展開 (2018)
  • Author(s): 鈴木悠大・酒井隼人・Nikolai, TKACHENKO・ 羽曾部卓
  • Organizer: 第29回基礎有機化学討論会
• [Presentation] アデニンを有する新規ペンタセン誘導体の合成と超分子集合体への展開 (2018)
  • Author(s): 廣田知司・酒井隼人・Nikolai, TKACHENKO・ 羽曾部卓
  • Organizer: 第29回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 新規ヘキサセン二量体の合成と高効率な一重項分裂の発現 (2018)
  • Author(s): 中村俊太・酒井隼人・Nikolai, TKACHENKO・ 羽曾部卓
  • Organizer: 第29回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 長鎖置換基導入によるペンタセンの形態制御と光物性評価 (2018)
  • Author(s): 吉野圭祐,酒井隼人,庄子良晃,梶谷孝,福島孝典,姉帯勇人,芥川智行,蒲江,竹延大志,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] アセチレン架橋を基盤とするペンタセン集合体の合成と分光特性 (2018)
  • Author(s): 鈴木悠大,酒井隼人,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] ペプチド基を有するペンタセン誘導体の合成と集合体特性 (2018)
  • Author(s): 佐藤槙,酒井隼人,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] テトラセンアルカンチオール修飾金ナノクラスターの構造制御 と一重項分裂を介した長寿命三重項励起子の生成 (2018)
  • Author(s): 三枝稔幸,酒井隼人,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] ペンタセンダイマー修飾CdSe/ZnS ナノ粒子におけるエネル ギー移動と一重項分裂の逐次的反応進行 (2018)
  • Author(s): 稲谷隆太郎,酒井隼人,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] クアテリレン二量体の分子内一重項分裂 (2018)
  • Author(s): 酒井隼人,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 光機能性ヘキサセン誘導体の合成と分光特性 (2018)
  • Author(s): 中村俊太,酒井隼人,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 含窒素リレン誘導体の合成および励起ダイナミクス評価 (2018)
  • Author(s): 廣野明津,酒井隼人,羽曾部卓
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] テトラセン二量体の Singlet Fissionにおける配向とTriplet Pairの相関 (2017)
  • Author(s): 中村俊太,酒井隼人,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Presentation] テトラセンアルカンチオール修飾金ナノ粒子の色素間配向制御による長寿命励起 三重項状態の生成 (2017)
  • Author(s): 三枝稔幸,酒井隼人,Tkachenko V. Nikolai,羽曾部卓
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Presentation] ボロンジピロメテン骨格を有する螺旋状分子の合成と光物性 (2017)
  • Author(s): 伊藤広朗,酒井隼人,羽曾部卓
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Presentation] アザペリレン誘導体の光物性評価 (2017)
  • Author(s): 廣野明津,酒井隼人, 坂上知, 竹延大志, 羽曾部卓
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Presentation] 親水性置換基を有するペンタセン誘導体の合成と分光特性 (2017)
  • Author(s): 吉野圭祐,酒井隼人,羽曾部卓
  • Organizer: 第28回基礎有機化学討論会