Construction of Chirality-Controlled Multi-Exciton generation Space for New Photofunctional Materials

• Project Area: Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 19H04592
• 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): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 多環芳香族分子 / 一重項分裂 / 非対称構造 / キラリティー / 金属有機構造体 / MOF / 配位子交換 / 多励起子生成 / 多孔性配位高分子 / ホスト-ゲスト / キラリティー制御

Outline of Research at the Start

MOF の柱状配位子は交換できるので、細孔空間特性を決定するトリガーと捉えられる。つまりキラルな柱状配位子(SとR) の交換し、空間の不斉制御ができる。これと一光子から二つの三重項励起子 (T1) が生成できる一重項分裂 (SF) を併用し、各特性を最大限活用させ、従来にはないキラリティー制御可能な新奇光機能性空間を構築する。次に機能性ゲスト分子を導入し、最終的に新たな光機能性材料の創製を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は合成した非対称性多環芳香族分子や超分子集合体の光物性評価を目的として検討した。まず芳香族分子へ窒素原子を導入する数や位置を系統的に変化することにより、芳香環の電子状態を非対称化することによる電子状態の制御を検討した。芳香環上の電子状態の非対称化により、励起ダイナミクスや酸化還元特性の変化が観測された。とりわけ蛍光特性が顕著に変化することが明らかとなった。さらに酸性度も大きく変化することが明らかとなった。次に、ペンタセンに極性の高いＰＥＧ基を導入した新規ペンタセン誘導体を合成した。ペンタセンは通常固体の分子であるが、今回合成した誘導体は液状分子でこれまでにない特異な状態であった。XRDや偏光顕微鏡測定を行い、液状分子の内部構造を評価したところ、分子が分散した状態中に、分子同士が強く相互作用し、配向が揃った集合体が存在している不均一構造の集合体を構築していることがわかった。また、この液状分子集合体の超高速分光測定を行ったところ、一重項分裂の発現が可能であることがわかった。また、新たな一重項分裂可能な分子集合体構築を目的とし、金属配位可能なユニットを導入した非対称構造を有するペンタセン二量体を合成した。合成した二量体の一重項分裂特性を評価したところ、高効率な一重項分裂を発現した。この二量体と金属元素を用いて反応を行ったところ、ＭＯＦの構築に成功した。超高速分光測定を行ったところ一重項分裂発現を確認した。今後は、一重項分裂の効率の検討や合成したＭＯＦの細孔内部にゲスト分子を導入し更なる機能展開を行っていこうと計画している。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] タンペレ大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] タンペレ大学(フィンランド)
• [Journal Article] Electrochemical Properties and Excited-State Dynamics of Azaperylene Derivatives (2020)
  • Author(s): Hirono Akitsu、Sakai Hayato、Kochi Shuntaro、Sato Tohru、Hasobe Taku
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: 124 Issue: 44 Pages: 9921-9930
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c07532
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Room-Temperature Pentacene Fluids: Oligoethylene Glycol Substituent-Controlled Morphologies and Singlet Fission (2020)
  • Author(s): Yoshino Keisuke、Sakai Hayato、Shoji Yoshiaki、Kajitani Takashi、Anetai Hayato、Akutagawa Tomoyuki、Fukushima Takanori、Tkachenko Nikolai V.、Hasobe Taku
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: 124 Issue: 52 Pages: 11910-11918
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c09754
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systematic Control of Structural and Photophysical Properties of π‐Extended Mono‐ and Bis‐BODIPY Derivatives (2020)
  • Author(s): H. Ito, H. Sakai, H. Suzuki, J. Kawamata, T. Hasobe
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 26 Issue: 1 Pages: 316-325
  • DOI: 10.1002/chem.201904282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Excimer Formation of Aryl Iodides Chemisorbed on Gold Nanoparticles for the Significant Enhancement of Photoluminescence (2020)
  • Author(s): P. Maity, K. Sasai R. N. Dhital, H. Sakai T. Hasobe, H. Sakurai
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Lett. Volume: 11 Issue: 4 Pages: 1199-1203
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b03557
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Pentacene-based Nanotube Displaying Enriched Electrochemical and Photochemical Activities (2018)
  • Author(s): Kuroda Kiyonori、Yazaki Kohei、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Tkachenko Nikolai V.、Yoshizawa Michito
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 4 Pages: 1115-1119
  • DOI: 10.1002/anie.201812976
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] フェロセンをリンカーとするペンタセン二量体の合成と分光特性 (2021)
  • Author(s): 早坂 稜、酒井 隼人、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会 (2021)
• [Presentation] ペンタセン-Au25ナノクラスター連結体の合成と励起ダイナミクス評価 (2021)
  • Author(s): 酒井 隼人、細川 泰長、Tkachenko Nikolai、根岸 雄一、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会 (2021)
• [Presentation] テトラセンダイマーおよびオリゴマーにおける一重項分裂 (2021)
  • Author(s): 中村 俊太、酒井 隼人、婦木 正明、小堀 康博、Tkachenko Nikolai、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会 (2021)
• [Presentation] 四重水素結合部位を有するペンタセン誘導体の合成と会合特性 (2021)
  • Author(s): 小池 直樹、中村 俊太、酒井 隼人、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会 第101春季年会 (2021)
• [Presentation] 機能性リンカーを有するアセン二量体の合成と光物性評価 (2020)
  • Author(s): 津田絢斗、酒井隼人、羽曾部卓
  • Organizer: 2020年光化学web討論会
• [Presentation] Excitation Dynamics of Binaphthyl-Bridged Chiral Acene Dimers (2020)
  • Author(s): Hayato Sakai, Nikolai Tkachenko, Taku Hasobe
  • Organizer: 2020年光化学web討論会
• [Presentation] Singlet Fission in Tetracene Molecular Wires (2020)
  • Author(s): Shunta Nakamura, Hayato Sakai, Nikolai V. Tkachenko, Taku Hasobe
  • Organizer: 2020年光化学web討論会
• [Presentation] 共有結合で連結したヘキサセン二量体の合成と一 重項分裂の観測 (2019)
  • Author(s): 中村 俊太・酒井 隼人・Tkachenko Nikolai・羽曾部 卓
  • Organizer: 2019年光化学討論会
• [Presentation] 共有結合を介したテトラセンオリゴマーの合成と光物性評価 (2019)
  • Author(s): 中村 俊太・酒井 隼人・Tkachenko Nikolai・羽曾部 卓
  • Organizer: 2019年光化学討論会
• [Presentation] オリゴアセチレン架橋ペンタセン二量体の合成と長距離一 重項分裂の観測 (2019)
  • Author(s): 鈴木悠大・酒井隼人・Nikolai Tkachenko・羽曾部卓
  • Organizer: 第30回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 新規テトラセン二量体の合成・光物性評価と多孔性 配位高錯体への応用展開 (2019)
  • Author(s): 酒井 隼人・Tkachenko Nikolai・羽曾部 卓
  • Organizer: 第68回高分子討論会
• [Remarks] researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Nikolai_Tkachenko