Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、有機固体中の水素移動に由来する機能を分子光化学反応により操作できる高次水素機能分子デバイスを創出することを目的とする。有機分子結晶や高分子材料における水素移動と、フォトクロミック分子の光異性化反応とを強結合させることで、強誘電性やプロトン伝導性に対して光ゲート機能や光パターン化機能を発現させることに挑戦する。このような研究を通じて、水素機能の新しい光操作機構を実証し、水素機能材料と光応答性有機分子の複合化に基づく時空間制御型ハイドロジェノミクスデバイスへ向けた物質設計の基礎を確立することを目指す。
本研究では、水素移動と分子光化学反応の融合により高次水素機能分子デバイスを創出することを目的とした。本年度は、プロトン応答型蛍光スイッチ分子とプロトン伝導性高分子からなる複合材料、および水素分子に応答する蛍光分子に着目して研究を行った。昨年度の研究において、プロトン受容性電子ドナー置換基と電子アクセプター置換基を有する蛍光性フォトクロミック分子誘導体が、溶液中において光異性化反応に伴う蛍光のON/OFFスイッチングを示すとともに、pHすなわち水素イオン（プロトン）濃度に応答して蛍光特性を変化させることを見出していた。この分子を芳香族スルホン酸系プロトン伝導性高分子膜に添加したところ、この分子は高分子膜中においても光異性化反応を示した。また、この複合高分子膜を水蒸気にさらすと高分子膜の蛍光特性が変化することを見出した。これは、高分子膜へ水分子が侵入することによりフォトクロミック分子のプロトン受容性置換基のプロトン化が促進されるためと考えられる。このような光機能分子とプロトン伝導性高分子膜からなる複合材料は蛍光性湿度センサーとして機能すると期待される。また、水素分子に応答する光機能分子の創出へ向けた新たな試みとして、蛍光発光団を有する分子を合成した。この分子を有機溶媒に溶解させ、その溶液に触媒量の金属錯体化合物を添加し、水素ガスを注入したところ、化学反応が起こることで蛍光特性が変化した。これにより、蛍光性水素分子センサーの創出へ向けた分子設計指針に関する知見を得た。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Chemistry Letters
Volume: 50 Issue: 1 Pages: 84-86
10.1246/cl.200693
130007965967
Chemical Science
Volume: 11 Issue: 45 Pages: 12307-12315
10.1039/d0sc05388k
Materials Horizons
Volume: 7 Issue: 7 Pages: 1801-1808
10.1039/d0mh00566e
Photochemical & Photobiological Sciences
Volume: 19 Issue: 6 Pages: 783-789
10.1039/d0pp00064g
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 58 Issue: 38 Pages: 13308-13312
10.1002/anie.201907574
Nature Communications
Volume: 10 Issue: 1
10.1038/s41467-019-11885-4
https://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html
