光物質変換系との連結を目指した新規ナノシート型光捕集系の構築

• Project Area: Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
• Project/Area Number: 25107521
• 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: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 高木 慎介 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 准教授 (40281240)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 人工光合成 / 分子系光触媒 / ナノシート / 粘土鉱物 / 人工光捕集系 / ポルフィリン / ナノ材料 / エネルギー移動 / 光捕集系

Outline of Annual Research Achievements

本研究の課題は、人工光捕集系と光物質変換系の連結である。人工光捕集系としては、ナノシート上に高密度配列した色素集合体を用い、光物質変換系としては、金属ポルフィリンを増感剤としたシクロヘキセンの酸素化反応などをターゲットとしている。本研究においては、ナノシート上における物質変換反応に重点を置いて研究を進めた。ナノシートとしてはサポナイト型粘土鉱物を、増感剤としてはGa, Sb, Ruなどを中心元素とするポルフィリン類を用いた。その結果、増感剤をナノシート上に担持することで、非担持状態に比べて、その安定性が著しく向上することを見いだした。非担持状態においては、増感剤は光照射中に速やかに分解していくのに対し、ナノシート上においては分解が抑制されることに加えて、その分解の機構も異なり、その分解物も光触媒活性を有することを見いだした。これらの研究成果により、光捕集系と連結しうるナノシート上における光物質変換反応に対して大きな足がかりを得た。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photochemical Chlorination and Oxygenation Reaction of Cyclohexene Sensitized by Ga(III) Porphyrin-Clay Minerals System with High Durability and Usability (2015)
  • Author(s): T. Tsukamoto, T. Shimada, T. Shiragami, S. Takagi
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 88 Issue: 4 Pages: 578-583
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140378
  • NAID: 130005064986
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Remarkable stimulation of emission quenching on clay surface (2015)
  • Author(s): K. Sato, K. Matsubara, S. Hagiwara, K. Saito, M. Yagi, S. Takagi, T. Yui
  • Journal Title: Langmuir Volume: 31 Issue: 1 Pages: 27-31
  • DOI: 10.1021/la504597t
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure resembling effect of clay surface on photochemical properties of meso-phenyl or pyridyl-substituted monocationic antimony(V) porphyrin derivatives (2015)
  • Author(s): T. Tsukamoto, T. Shimada, S. Takagi
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 5 Issue: 11 Pages: 8479-8485
  • DOI: 10.1039/c4ra15650a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Surface-Fixation Induced Emission” of Porphyrazine Dye by a Complexation with Inorganic Nanosheets (2014)
  • Author(s): Ishida, Yohei; Shimada, Tetsuya; Takagi, Shinsuke
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 118 Issue: 35 Pages: 20466-20471
  • DOI: 10.1021/jp506766t
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Microstructures of Porphyrin/Viologen Monolayer on the Clay Surface: Segregation or Integration? (2014)
  • Author(s): S. Konno, T. Fujimura, Y. Ohtani, T. Shimada, H. Inoue, S. Takagi
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 118 Issue: 35 Pages: 20504-20510
  • DOI: 10.1021/jp5076274
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Switching of Energy Transfer Reaction by the Control of Orientation Factor between Porphyrin Derivatives on the Clay Surface (2014)
  • Author(s): Miharu Eguchi, Yo Watanabe, Yuta Ohtani, Tetsuya Shimada, Shinsuke Takagi
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. Volume: 55 Issue: 16 Pages: 2662-2666
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.03.027
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Adsorption and photochemical behaviors of the novel cationic xanthene derivative on the clay surface (2014)
  • Author(s): Yuta Ohtani, Yohei Ishida, Yuka Ando, Hiroshi Tachibana, Tetsuya Shimada and Shinsuke Takagi
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. Volume: 55 Issue: 5 Pages: 1024-1027
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2013.12.072
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pinning Effect for Photoisomerization of Dicationic Azobenzene Derivative by Anionic Sites of Clay Surface (2014)
  • Author(s): T. Umemoto, Y. Ohtani, T. Tsukamoto, T. Shimada, S.Takagi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 50 Issue: 3 Pages: 314-316
  • DOI: 10.1039/c3cc47353h
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photochemical Properties of Mono-, Tri-, Penta- Cationic Antimony(V) Metalloporphyrin Derivatives on Clay Layer Surface (2013)
  • Author(s): Tsukamoto, Takamasa; Shimada, Tetsuya; Takagi, Shinsuke
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A Volume: 117 Issue: 33 Pages: 7823-7832
  • DOI: 10.1021/jp405767s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Artificial Light-Harvesting Model in a Self-Assembly Composed of Cationic Dyes and Inorganic Nanosheet (2013)
  • Author(s): Ishida, Yohei; Shimada, Tetsuya; Takagi, Shinsuke
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 117 Issue: 18 Pages: 9154-9163
  • DOI: 10.1021/jp4022757
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Photochmical Energy Transfer in Three-Dimensional Clay-Porphyrin System (2014)
  • Author(s): H. Nishinaka, T. Eyama, Y. Ohtani, Y. Ishida, T. Shimada, S. Takagi
  • Organizer: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: Hyogo (Japan)
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [Presentation] Photochemical Oxygenation of Cyclohexene Sensitized by Metalloporphyrin-Clay Complex (2014)
  • Author(s): S. Hoshino, T. Tsukamoto, T. Shimada, T. Shiragami, S. Takagi
  • Organizer: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: Hyogo (Japan)
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [Presentation] Energy Transfer from Pyrene Derivative to Ru(Bpy)3 2+ on Clay Surface (2014)
  • Author(s): K. Sato, K. Saito, M. Yagi, S. Takagi, T. Yui
  • Organizer: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: Hyogo (Japan)
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [Presentation] 色素-粘土ナノシート複合体におけるポルフィリン色素の特異な光化学挙動とその支配因子 (2014)
  • Author(s): 塚本孝政・嶋田哲也・高木慎介
  • Organizer: 2014年光化学討論会
  • Place of Presentation: 北大
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [Presentation] 分子間相対配置 (分子間距離、配向、偏析状態)をコントロールした光エネルギー移動反応 (2014)
  • Author(s): 高木慎介
  • Organizer: 新学術領域研究「柔らかな分子系」 第5回 ワークショップ
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2014-09-20
  • Invited
• [Presentation] 粘土/ポルフィリン積層構造の構築とその光化学的挙動 (2014)
  • Author(s): 西中裕雅・安藤友香・大谷優太・藤村卓也・嶋田哲也・高木慎介
  • Organizer: 日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大
• [Presentation] ナノ層状化合物に吸着したカチオン性金属フタロシアニンを増感剤としたシクロヘキセンの光誘起酸素化反応 (2014)
  • Author(s): 本名涼・塚本孝政・嶋田哲也・高木慎介
  • Organizer: 日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大
• [Presentation] 層状化合物-色素複合体の異方性と光機能 (2013)
  • Author(s): 高木慎介
  • Organizer: 日本磁気科学会研究会 第2回界面磁気科 学シンポジウム
  • Place of Presentation: 首都大
  • Invited
• [Presentation] 新規ナノシート型人工光捕集系の構築 (2013)
  • Author(s): 高木慎介
  • Organizer: 島根大学物質科学科セミナー
  • Place of Presentation: 島根大
  • Invited
• [Presentation] 無機ナノシート層間におけるポルフィリンの無会合かつ高密度インターカレーションとその光化学的挙動 (2013)
  • Author(s): 藤村卓也･小野寺真吾･立花宏･井上晴夫･笹井亮･嶋田哲也･高木慎介
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大
• [Book] 層状化合物（化学の要点シ リーズ 11） (2014)
  • Author(s): 高木慎介，高木克彦
  • Total Pages: 120
  • Publisher: 共立出版
• [Book] 層状化合物 (2014)
  • Author(s): 高木慎介
  • Publisher: 共立出版