2016 Fiscal Year Annual Research Report
有機ナノ結晶の協同的光反応ダイナミクスとメカニズム
| Project Area | Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions |
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| Project/Area Number |
26107011
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
朝日 剛 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20243165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石橋 千英 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (10506447)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ結晶 / 固相光反応 / 高密度励起 / パルスレーザー / 協同効果 / 時間分解分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複数分子の光励起によって初めて誘起される協同的反応・構造変化として、構造相転移型固相重合反応と高密度励起光反応に着目し、100nmサイズのナノ結晶についてその反応ダイナミクスとメカニズムの解明を進めている。本年度の主たる成果を以下にまとめる。
１．ジアセチレンナノ結晶の光重合における温度・サイズ効果：10,12-hptacosadiynoic acidナノ結晶コロイドの光重合において、小さな結晶（50－100nm）ではバルク結晶の融点より約10度低い温度でポリマー生成が起こらないことが分かった。固相重合が結晶状態でのみ起こることを考慮すると、この結果はナノ結晶の融点がバルク結晶に比べ約10℃低くなることを強く示唆するものである。
２．高密度励起フォトクロミック反応（小畠研究Gとの共同研究）：閉環体からの可視光開環反応収率の小さなジアリールエテン（DEA）誘導体のナノ粒子において、ナノ秒パルスレーザー励起による開環反応収率がレーザー強度に対して非線形に増大することを見出し、その機構として、1ショットのパルスレーザーがナノ粒子の過渡加熱を起こすと同時に光反応も誘起するという、固体特有の新しいタイプの協同的効果を提案した。
３． 光誘起蛍光スイッチング（深港研究Gとの共同研究）：DAE誘導体を添加した蛍光色素ナノ粒子を作製し、フォトクロミック反応による蛍光消光挙動を調べ、分子内連結系ナノ粒子と同様の光誘起非線形蛍光消光現象が起こることを2分子混合系実証した。
４．有機微結晶のフェムト秒顕微過渡吸収分光：フェムト秒顕微過渡吸収分光装置を用いて、銅フタロシアニン単一ナノロッドの励起状態緩和過程およびフェノキシルーイミダゾリルラジカル複合体単結晶の光誘起ビラジカル生成ダイナミクス（阿部研究Gとの共同研究）を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
固相光重合について、単一ナノ結晶レベルでの反応ダイナミクス解析を実現したが、当初期待した重合反応速度のサイズ効果は観測されなかった。一方で、温度効果の研究からナノ結晶の融点降下が100nm程度の結晶サイズで起きることを分子性固体についてはじめて示すことができた。
高密度励起光反応においては、ナノ秒レーザー励起を中心に当初計画していた研究を着実に進めることができた。パルスレーザー励起による過渡温度上昇という固体系特有の高密度励起現象の光反応への影響をフォトクロミック反応に対して見出し、新しいタイプの協同的光応答を提案できた。レーザー加熱は固体試料において一般的に起きる現象であることから、固体反応の新規制御手法への展開が期待できる。また、励起レーザーのパルス幅に大きく影響される過渡加熱現象をより詳細に検討するために、フェムト秒レーザー励起による実験系を構築し、予備的な実験データを得ることもできた。
試料提供等を中心に領域内の共同研究も積極的に取り組むことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は高密度励起反応に重点を置いて研究を進める予定である。フォトクロミック反応を中心に、ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒パルス励起を比較することで、過渡的レーザー加熱効果の特徴と詳細な機構を明らかにするとともに、より高度に制御された励起条件での反応制御の可能性を探索する。フォトクロミック反応以外の他の光反応、および構造相転移等における過渡加熱効果を検討する。
我々が得意とする顕微時間分解分光技術、ナノ粒子作製技術、固体反応の解析手法などを活用して、新学術領域内での共同研究を積極的に進める。
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